acqua

Proprietà fisiche

L'acqua ha diverse importanti proprietà fisiche. Sebbene queste proprietà siano familiari a causa dell'onnipresenza dell'acqua, la maggior parte delle proprietà fisiche dell'acqua sono piuttosto atipiche. Data la bassa massa molare delle sue molecole costituenti, l'acqua ha valori insolitamente grandi di viscosità, tensione superficiale, calore di vaporizzazione ed entropia di vaporizzazione, che possono essere tutti attribuiti alle estese interazioni di legame idrogeno presenti nell'acqua liquida. La struttura aperta del ghiaccio che consente il massimo legame idrogeno spiega perché l'acqua solida è meno densa dell'acqua liquida, una situazione molto insolita tra le sostanze comuni.

Proprietà fisiche selezionate dell'acqua
massa molare	18,0151 grammi per mole
punto di fusione	0,00 ° C
punto di ebollizione	100,00 ° C
densità massima (a 3,98 ° C)	1,0000 grammi per centimetro cubo
densità (25 ° C)	0,99701 grammi per centimetro cubo
tensione di vapore (25 ° C)	23.75 torr
calore di fusione (0 ° C)	6.010 chilojoule per mole
calore di vaporizzazione (100 ° C)	40,65 chilojoule per mole
calore di formazione (25 ° C)	−285,85 chilojoule per talpa
entropia della vaporizzazione (25 ° C)	118,8 joule per ° C molare
viscosità	0,8903 centipoise
tensione superficiale (25 ° C)	71,97 dinamiche per centimetro

Proprietà chimiche

Reazioni acido-base

L'acqua subisce vari tipi di reazioni chimiche. Una delle proprietà chimiche più importanti dell'acqua è la sua capacità di comportarsi sia come acido (un donatore di protoni) sia come base (un accettore di protoni), la proprietà caratteristica delle sostanze anfotere. Questo comportamento si vede più chiaramente nell'autoionizzazione dell'acqua: H ₂ O (l) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + OH ^- (aq), dove la (l) rappresenta lo stato liquido, il (aq) indica che le specie si dissolvono in acqua e le doppie frecce indicano che la reazione può verificarsi in entrambe le direzioni ed esiste una condizione di equilibrio. A 25 ° C (77 ° F) la concentrazione di H ⁺ idratato (ovvero H ₃ O ⁺, noto come ione idronio) nell'acqua è 1,0 × 10 ⁻⁷ M, dove M rappresenta le moli per litro. Poiché uno OH ^- ione è prodotta per ogni H ₃ O ⁺ ione, la concentrazione di OH ^- a 25 ° C è 1,0 x 10 ^-7 M in acqua a 25 ° C H ₃ O ⁺ concentrazione e la OH ^- concentrazione deve essere sempre 1,0 × 10 ⁻¹⁴: [H ⁺] [OH ^-] = 1,0 × 10 ⁻¹⁴, dove [H ⁺] rappresenta la concentrazione di ioni H ⁺ idratati in moli per litro e [OH ^-] rappresenta la concentrazione di OH ^- ioni in moli per litro.

Quando un acido (una sostanza che può produrre ioni H ⁺) viene sciolto in acqua, sia l'acido che l'acqua contribuiscono alla soluzione con gli ioni H ⁺. Ciò porta a una situazione in cui la concentrazione di H ⁺ è maggiore di 1,0 × 10 ⁻⁷ M. Dato che deve essere sempre vero che [H ⁺] [OH ^-] = 1,0 × 10 ⁻¹⁴ a 25 ° C, il [OH ^-] deve essere ridotto a un valore inferiore a 1,0 × 10 ⁻⁷. Il meccanismo per ridurre la concentrazione di OH ^- coinvolge la reazione H ⁺ + OH ^- → H ₂ O, che si verifica nella misura necessaria per ripristinare il prodotto di [H ⁺] e [OH ^-] a 1,0 × 10 ⁻¹⁴ M. Pertanto, quando un acido viene aggiunto all'acqua, la soluzione risultante contiene più H ⁺ di OH ^-; cioè, [H ⁺]> [OH ^-]. Tale soluzione (in cui si dice che [H ⁺]> [OH ^-]) sia acida.

Il metodo più comune per specificare l'acidità di una soluzione è il suo pH, che è definito in termini di concentrazione di ioni idrogeno: pH = log [H ⁺], dove il log dei simboli rappresenta un logaritmo in base 10. In acqua pura, in cui [H ⁺] = 1,0 × 10 ⁻⁷ M, il pH = 7,0. Per una soluzione acida, il pH è inferiore a 7. Quando una base (una sostanza che si comporta come un accettore di protoni) viene sciolta in acqua, la concentrazione di H ⁺ viene ridotta in modo che [OH ^-]> [H ⁺]. Una soluzione di base è caratterizzata da un pH> 7. In sintesi, in soluzioni acquose a 25 ° C: