1 De eigenschappen van water

De eigenschappen van water
Een wonderlijke vloeistof
Water pas goed onderzocht sinds 1950
Water is zó bekend, maar het heeft lang geduurd voordat wetenschappers precies wisten
wat het is. Voor de 18de eeuw dachten de geleerden dat water een element was en (dus)
niet in twee of meer andere deeltjes gesplitst kon worden. In 1783 ontdekten Franse
wetenschappers hoe je water in zuurstof en waterstof kunt splitsen. Maar pas in 1950
begon het serieuze onderzoek naar water.
Water heeft als molecuulformule H2O, wat betekent dat een watermolecuul uit twee
waterstof (H) atomen en een zuurstof (O) atoom bestaat. Zoals bekend zal zijn, is water
vloeibaar vanaf 0°C en kookt het bij 100°C. Water heeft een molecuulgewicht van 18 (2x
1 voor 2x H en 1x 16 voor één O). De meeste verbindingen met zulke lage
molecuulgewichten zijn gasvormig. Ammoniak (NH3) heeft bijvoorbeeld een
molecuulgewicht van 17, dus haast hetzelfde als water, maar is een gas, met een
smeltpunt van –77.7°C en een kookpunt van –33.35°C.
Netwerk
Het voorbeeld van zuurstof is nog duidelijker. Dat is een gas in de atmosfeer, met als
molecuulformule O2 (dus 2 zuurstofatomen aan elkaar) en met als molecuulgewicht 32.
Hoewel het dus veel zwaarder dan water is, is ook zuurstof een gas, met een smeltpunt
van –218.4°C en een kookpunt van –183.0°. Kortom, molecuulgewicht zegt weinig over
de fysische eigenschappen. Die worden in hoge mate bepaald door andere
eigenschappen. Zo is het watermolecuul erg polair, met een positief en een negatief
geladen kant. Bij zulke polaire deeltjes zoeken positieve en negatieve kanten elkaar op,
waardoor een soort netwerk ontstaat. En een netwerk leidt tot hogere smelt- en
kookpunten. Zuurstof is niet polair. Polaire vloeistoffen als water lossen polaire
verbindingen op (keukenzout bijvoorbeeld), maar geen apolaire verbindingen (zoals vet
en olie, daar is zeep voor nodig). Zo’n polair netwerk is bij water nog sterker dan
gewoonlijk omdat bij water het verschijnsel van waterstofbruggen optreedt. Daarbij
zitten de waterstofatomen niet muurvast aan de zuurstofatomen, maar bevinden zich
soms zo’n beetje tussen zuurstofatomen van naburige waterstofmoleculen. In water kan
je dus nooit precies zeggen bij welk watermolecuul welk proton hoort. Dit verschijnsel,
dat bij ammoniak veel minder optreedt, zorgt voor extra verband tussen de
watermoleculen. Daarom heeft water zulke bijzondere eigenschappen.
Neutraal
Zuiver water is niet zuur, niet basisch, maar neutraal. Dat wordt in de wetenschap, maar
ook daarbuiten, aangegeven met de pH-waarde, die voor neutraal water 7 is. Dat getal is
niet zomaar uit de lucht komen vallen. In neutraal water houden verreweg de meeste
watermoleculen elkaar stevig vast, maar toch zijn er gemiddeld 10 –7 moleculen per liter
gesplitst in een proton (H) en een hydroxy ion (OH). Dat is niet veel: 1 op de
10.000.000. Omdat dat onhandige getallen zijn, gebruikt men de pH waarde. Dat is de
logaritme van die concentratie, dus min 7, vermenigvuldigd met min 1, wat het getal
(plus) 7 oplevert, de pH waarde van neutraal water. Zure oplossingen bevatten veel
meer protonen, bijvoorbeeld 10 mintweede per liter, zoals bijvoorbeeld maagsap. Dat
betekent een pH waarde van 2. Kortom hoe zuurder, hoe lager de pH waarde. En
omgekeerd: hoe basischer de oplossing, hoe hoger. Een 0,5% soda oplossing heeft een
pH van 11,3. Van belang is te beseffen dat de schaal logaritmisch is, dus één punt
verschil betekent een concentratieverschil van een factor 10!
1
Zouten
In water, zoals dat uit de kraan of de grond komt, zitten altijd wat zouten opgelost. In
waterige oplossingen zijn die zouten gesplitst in ionen: kationen (positief geladen
deeltjes als natrium-, kalium-, magnesium- en calciumionen) en anionen (negatief
geladen deeltjes als chloride- en sulfaationen). Voor sommige toepassingen zijn deze
zouten ook in kleine hoeveelheden storend en moeten ze verwijderd worden. Vroeger
was daar maar één oplossing voor: destilleren. Het water werd door verhitten in
dampvorm gebracht (waarbij de zouten achterbleven), waarna afkoeling van de damp
‘gedestilleerd water’ opleverde. Tegenwoordig worden vaak ionenwisselaars gebruikt.
Daarbij wordt het te zuiveren water over ionenwisselaars gevoerd, waarbij kationen
vervangen worden door protonen (H+) en anionen door hydroxy-ionen (OH-). Protonen
en hydroxy-ionen vormen samen H2O, ofwel water. Het product heet gedemineraliseerd
water, kortweg demiwater. Beide technieken zijn ook geschikt om van zeewater
drinkwater te maken. Voor menselijk gebruik is zuiver water zonder zouten ongeschikt
omdat het juist nuttige zouten aan het lichaam onttrekt.
# end #
De drinkwaterbedrijven in Nederland zorgen 24 uur per dag en 7 dagen in de week voor lekker,
gezond en goedkoop water uit de kraan via ruim 200 zuiveringsstations, een leidingnetwerk van
116.000 km en 7.349.000 aansluitingen.
2