Bevriezen van water - Wetenschapsforum (2024)

Voor mijn eindwerk zou ik moeten weten hoe het juist komt dat water bevriest. Kan er iemand mij dit vertellen? Het is de bedoeling te weten wat er juist chemisch gebeurd bij het bevriezen van water.

Bedankt

chemisch gezien gebeurt er niets.

het bevriezen is een fysisch proces waar bij vloeibaar water vast wordt.

wanneer de temperatuur het vriespunt van water bereikt zal het water

uitkristalliseren.

dit gebeurt door vorming van kiemen, als kleine onzuiverheden aanwezig zijn in

het water zullen op deze stofjes de watermoleculen zich ordenen in een kristal, en

zo verder groeien.

als er geen kiemen aanwezig zijn, kan je het water onderkoelen, het zal dan

vloeibaar blijven beneden het vriespunt. als je dan echter een kleine verstoring

teweegbrengt (geluid, stoot) kan plaatselijk zich een kristal vormen en zal door de

lage temperatuur het water ineens helemaal vast worden.

Dit is mijn testonderschrift
Link: http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=59270

ddd schreef: chemisch gezien gebeurt er niets.

het bevriezen is een fysisch proces waar bij vloeibaar water vast wordt.

wanneer de temperatuur het vriespunt van water bereikt zal het water

uitkristalliseren.

dit gebeurt door vorming van kiemen, als kleine onzuiverheden aanwezig zijn in

het water zullen op deze stofjes de watermoleculen zich ordenen in een kristal, en

zo verder groeien.

als er geen kiemen aanwezig zijn, kan je het water onderkoelen, het zal dan

vloeibaar blijven beneden het vriespunt. als je dan echter een kleine verstoring

teweegbrengt (geluid, stoot) kan plaatselijk zich een kristal vormen en zal door de

lage temperatuur het water ineens helemaal vast worden.

Hier is mijn vriend op afgestudeerd, fysische chemie. Hij deed onderzoek naar de bevriezingsverschijnselen van onderkoeld water. Ik zal hem eens vragen. :-k

In een ijskristal zijn er een maximum aan waterstofbruggen tussen de watermoleculen. als ijs smelt moeten sommige van die bindingen gebroken worden. Het enthalpieverschil tussen ijs en water komt bijna helemaal overeen met de energie die gebruikt wordt om deze H-bruggen te breken. Het entropieverschil in een smelt ligt in het feit dat vloeibaar water een meer random structuur heeft dan ijs.

ΔG= ΔH-TΔS

bij lage temperaturen (>273.15K) domineert ΔH

bij hoge temperaturen (<273.15K) is -TΔS groter dan ΔH

bij -10°C is ΔG=+213 J/mol ijs->water transitie is niet spontaan

bij 10°C is ΔG=-225J/mol ijs->water transitie is spontaan

bij 0°C is ΔG=0 ijs->water transitie in evenwicht

De veranderingen van vloeistof naar vast of gas worden faseveranderingen genoemd. Als een stof als water door een temperatuursverandering van fase verandert, verandert het fysische uiterlijk, maar de chemische eigenschappen niet. De chemische structuur blijft namelijk hetzelfde, maar de moleculen waaruit water bestaat zullen een stukje uit elkaar drijven. In de vaste fase zitten de watermoleculen dicht op elkaar, maar in de vloeibare fase zitten ze niet meteen op elkaar. Water wordt vloeibaar omdat de moleculen uit elkaar gaan zitten. Wanneer water van vloeistof in gas verandert, gaan de moleculen nog verder uit elkaar, daarom kunnen we het dan niet meer zien.

Maar als ik logisch nadenk vertelt mijn verstand dan dat hij dat vreemd vindt, aangezien water net uitzet wanneer het bevroren wordt.

Hoe verklaar je dat?

Groeten,

Kan je ook uitleggen waarom er meer H-bruggen zijn als de moleculen iets verder uit elkaar zitten?

Ja dat lukt wel. In ijs zitten elk watermolecuul prachtig in het midden van een tetraedrische omringing door andere watermoleculen. Twee van de watermoleculen in die omringingen krijgen een waterstofbrug gedoneerd, en van de andere twee krijgt het centrale watermolecuul er een gedoneerd. Deze mooie omringing laat echter een beetje ruimte tussen de watermoleculen, ca. 10% meer dan in vloeibaar water waar alles door elkaar krioelt.

Die krioelende moleculen vormen niet elk precies 4 waterstofbruggen. Een groot deel is wel in 4 waterstofbruggen betrokken, maar af-en-toe moeten er worden verbroken om de moleculen ten opzichte van elkaar te laten bewegen. De gemiddelde levensduur van een waterstofbrug in water is geloof ik ~10ps.

Aangezien een gedeelte van de moleculen op elk moment dus "even" een waterstofbrug minder vormt, zijn het er in het totaal minder dan 4 per molecuul. Verder is de energie van de gemiddelde waterstofbrug iets minder gunstig, want die tetraedrische omringing in het ijs optimaliseert dat helemaal.

Als we de moleculen in ijs zo zouden opschuiven dat de 10% ruimte wordt opgevuld, worden de waterstofbruggen verbogen, en dat is energetisch niet gunstig. Wat gebeurt er dus als we ijs onder hoge druk zetten, en zo "dwingen" de vrije ruimte op te vullen? Dan smelt het...