Waarom is water zo speciaal?

Waarom is er geen leven op andere planeten als er geen water is? Water is zeer belangrijk voor het voortbestaan van de aarde. Water wordt in de chemie H2O genoemd, de H staat voor waterstof en de O voor zuurstof. Op aarde komt zo’n 1.400.000.000 km3 aan water voor. Waarvan 97% bestaat uit zeewater. Waar is al dat water dan goed voor? Water heeft zeer veel belangrijke en uitzonderlijke eigenschappen.

De fysische eigenschappen van water

Water (H₂O) kan zich in de natuur in drie fasen bevinden: vloeistof, vast en gas. Bij normale druk bevindt het water zich tussen de 0 graden en 100 graden Celsius in vloeibare toestand. Onder de 0 graden Celsius is water een vaste stof, ook wel ijs. Boven de 100 graden Celsius is water een gas.

Kookpunt is afhankelijk van de luchtdruk

De temperatuurgrenzen waarin water naar een andere fysische toestand gaat zijn afhankelijk van de luchtdruk. Het verdampen van water zal bij een lage luchtdruk op een lagere temperatuur gebeuren. Dus op de Mount Everest waar de luchtdruk zeer laag is zal het water al koken bij 68 graden Celsius. Dit maakt het koken van een lekker eitje bovenop de Mount Everest een onmogelijke taak. Het koken van het ei vereist namelijk een temperatuur van 85 graden Celsius. Omgekeerd geldt hetzelfde als de luchtdruk ergens heel hoog is zal water ook pas op een hogere temperatuur koken.

Afb. 1. Waterstofbruggen tussen watermoleculen. Met een oranje stippellijn staat de waterstofbrug weergegeven.

Watermoleculen blijven bij elkaar

Heb je ook wel eens de waterjuffers over water heen zien lopen? Als watermoleculen niet bij elkaar zouden blijven plakken zou dit niet mogelijk zijn. Hoe blijven watermoleculen dan bij elkaar plakken? Het bij elkaar blijven van water wordt cohesie genoemd. Ten grondslag van cohesie ligt de waterstofbrug. Een waterstofbrug is een soort van binding tussen het zuurstof atoom (O) van het ene watermolecuul en het waterstofatoom(H) van het andere molecuul. Op afbeelding 1 zijn er waterstofbruggen afgebeeld tussen watermoleculen. De watermoleculen kunnen op deze manier een rooster vormen. Dit rooster is geen vast rooster, maar hervormt zich continu [McMurry & Hoeger]. Door dit rooster kan er zich een soort van vliesje over het water vormen, dit noemen we ook wel de oppervlaktespanning. Hierdoor kunnen kleine insecten zoals de waterjuffer op het water lopen. Water dankt zijn uitzonderlijke eigenschappen aan waterstofbruggen [Campbell & Reece].

Afb. 2. Oplosproces van keukenzout in water. Het water vormt een schil rond de natrium en de chloride ionen

Oplosbaarheid van een scala aan stoffen

Water is een polair molecuul. Water heeft dus een positieve kant en een negatieve kant. Het gedeelte waar zuurstof zich bevindt is het negatieve gedeelte, en waar waterstof zich bevindt is het positieve gedeelte. Water kan vooral goed zouten oplossen. Het negatieve zout-ion trekt naar het waterstof atoom, en het positieve ion in het zout trekt naar het negatieve zuurstof toe. Als voorbeeld kun je kijken naar keukenzout. Keukenzout in de chemie NaCl (natriumchloride) lost op in water. Keukenzout zit in een vast rooster. Als je dit in waterstof oplost dan gaan de positieve natriumdeeltjes naar de negatieve zuurstofdeeltjes en de negatieve chloordeeltjes naar de positieve waterstofdeeltjes. Dit oplosproces zie je op afbeelding 2. Niet alleen zouten kunnen opgelost worden ook organische verbindingen, zoals suiker, lossen op in water. Suiker kan namelijk ook waterstofbruggen aangaan met water en is ook polair. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat suiker in water op kan lossen [McMurry & Hoeger].

Water geleidt elektriciteit

Zeewater en drinkwater geleiden elektriciteit. Puur water zoals demiwater geleidt ook elektriciteit maar dit is nauwelijks meetbaar. Water kan vooral elektriciteit geleiden vanwege de stoffen die erin opgelost zijn. In zeewater zit vooral natrium (30,6%) en chloor (55%). [Oceanplasma]. Zoals eerder al is uitgelegd is natrium positief en chloor negatief. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat water elektriciteit kan geleiden.

Het stabiliseren van de temperatuur

De zeer verscheidene eigenschappen van water zorgen ervoor dat onze aarde niet te warm wordt. Tegelijkertijd zorgt water er ook voor dat onze aarde niet te koud wordt. De mogelijkheid van water om temperatuur te stabiliseren komt mede door de relatief hoge soortelijke warmte van water. De soortelijke warmte is een grootheid die aangeeft hoeveel energie in joule er nodig is om 1 kg van een stof 1 graad te laten stijgen [McMurry & Hoeger]. Water verandert niet gauw van temperatuur, daar is namelijk veel energie voor nodig. Waterstofbruggen zijn de oorzaak van de relatief hoge soortelijke warmte van water. Wat is het gevolg van de hoge soortelijke warmte van water op het leven op aarde? Door de hoge soortelijke warmte kan een groot wateroppervlak enorm veel hitte, afkomstig van de zon, absorberen. Dit zorgt ervoor dat langs de kust de temperatuur dus vaak veel lager is dan in het binnenland. Water kan tevens de lucht verwarmen als het kouder wordt [Campbell & Reece].

Water is zowel een zuur als een base

Water is afhankelijk van welke stof je er aan toevoegt een zuur of een base. Het feit dat water beide kan zijn noemen we in de chemie een amfolyt. Als je dus een zuur zoals zoutzuur toevoegt, dan zal water reageren als base. Als je een base zoals kalkwater toevoegt, dan zal het water reageren als zuur. Doordat water zowel een zuur als een base kan zijn, kan water ook met zichzelf een reactie aangaan.