ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Περιβαλλοντική Βιολογία To νερό Εισηγητής: Γ. Καρρής (Καθηγητής Εφαρμογών) Εξάμηνο: Εαρινό (2015/16)

Το νερό Αρχαίοι Έλληνες όπως ο Αριστοτέλης 350 π.Χ.: Το σύμπαν αποτελείται από 4 στοιχεία: γη, φωτιά νερό, αέρα και νερό Αρχαίοι Κινέζοι κατά Lao-Tze (580 π.Χ.): αναγνώριζαν πέντε στοιχεία: γη, φωτιά, ξύλο, μέταλλο και νερό. Αρχαία λογοτεχνία: Το νερό θεωρείται η βάση της ζωής Φλοιός της γης: πάχος περίπου 5km που ισοδυναμεί με ένα στρώμα 2.540 εκατομμυρίων km3 από τα οποία 1.360 εκατ. (>50%) είναι νερό

Δομή νερού Το νερό έχει ασυνήθιστη μορφή Ένα μόριο νερού αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου Το άτομο του οξυγόνου έχει ένα πυρήνα και δυο τροχιές. Η εσωτερική τροχιά έχει δύο ηλεκτρόνια και η εξωτερική έχει χώρο για οκτώ ηλεκτρόνια, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχουν μόνο 6. Τα άτομα του Υδρογόνου αποτελούνται από έναν πυρήνα και μια τροχιά με μόνο ένα ηλεκτρόνιο, αλλά υπάρχει χώρος για δύο. Αποτέλεσμα: Ανάπτυξη ενός ισχυρού δεσμού ανάμεσα στα τρία άτομα που έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός μορίου νερού, το οποίο σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα μόρια είναι ασύμμετρο με ασταθές ηλεκτρικό φορτίο.

Σχηματισμός και λειτουργία μορίων Ομοιοπολικός δεσμός

Πολικός ομοιοπολικός δεσμός

Ιδιότητες νερού Το μόριο του νερού με το θετικό και αρνητικό φορτίο μπορεί εύκολα να υπεισέρχεται ανάμεσα στα άτομα άλλων μορίων π.χ. ορυκτών, που συγκρατούνται μεταξύ τους με ηλεκτρικούς δεσμούς, αποτέλεσμα  μεγάλη διαλυτική ικανότητα με συνέπειες π.χ. τη διάβρωση Όταν το νερό μετατρέπεται από την υγρή στη στερεή κατάσταση (πάγος), τα μόρια του παίρνουν κρυσταλλική δομή  ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το νερό Όταν ο πάγος λιώνει, τότε τα μόρια του μετακινούνται ευκολότερα και το νερό γίνεται πυκνότερο. Με την αύξηση της θερμοκρασίας τα μόρια κινούνται ταχύτερα, καταλαμβάνοντας όλο και μεγαλύτερο χώρο μέχρι το σημείο των 1000 C όπου το νερό βράζει (μετατροπή σε αέρια φάση). Εξαιτίας των πολύ ισχυρών μοριακών έλξεων απαιτείται τεράστιο ποσό ενέργειας για να μεταβεί το νερό στην αέρια φάση (αλλά και αντίστροφα κατά τη συμπύκνωση του) π.χ. ισχύς μέσης καταιγίδας ίση με την ενέργεια από την καύση 6.000 τόνων άνθρακα.

Θερμορρυθμιστική ικανότητα Ιδιότητες του νερού ΝΕΡΟ Συνοχή Θερμορρυθμιστική ικανότητα Διόγκωση κατά την ψύξη Διαλύτης

Συνοχή Τα μόρια του νερού έχουν στενή επαφή μεταξύ τους (λόγω δεσμών υδρογόνου) Δεσμοί υδρογόνου  Καθιστούν πιο οργανωμένο από δομική άποψη σε σύγκριση με τα άλλα υγρά Αθροιστικό αποτέλεσμα: Οι δεσμοί υδρογόνου κρατούν μια ποσότητα νερού σε συνεκτική μορφή  Φαινόμενο συνοχής Στο φαινόμενο συνοχής συμβάλλουν: α) η πολύ μεγάλη επιφανειακή τάση του (μέτρο της δυσκολίας να διαρραγεί η επιφάνεια ενός υγρού) και β) η προσκόλληση (ιδιότητα που στηρίζεται στους δεσμούς υδρογόνου), η οποία αφορά την έλξη που αναπτύσσεται στα μόρια δύο διαφορετικών ουσιών π.χ. συνάφεια μεταξύ νερού και κυτταρικών τοιχωμάτων στα φυτά κατά την πρόσληψη νερού από το έδαφος.

Θερμορρύθμιση Ι Το νερό ρυθμίζει τη θερμοκρασία του αέρα είτε απορροφώντας θερμότητα από αυτόν, όταν είναι θερμότερος, είτε απελευθερώνοντας την αποθηκευμένη σε αυτό θερμότητα, όταν ο αέρας είναι ψυχρότερος. Νερό: Ιδιαίτερα αποτελεσματικό ως αποθήκη θερμότητας  μπορεί να απορροφά ή να απελευθερώνει σχετικά μεγάλες ποσότητες θερμότητας με μικρή μόνο μεταβολή της δικής του θερμοκρασίας. Η ικανότητα του νερού να σταθεροποιεί τη θερμοκρασία πηγάζει από το γεγονός ότι έχει υψηλή ειδική θερμότητα (η ποσότητα της θερμότητας που πρέπει να απορροφηθεί ή να απελευθερωθεί ώστε 1 g αυτής της ουσίας να μεταβάλει θερμοκρασία κατά 10 C, στο νερό είναι η θερμίδα-cal) Συμπερασματικά: Το νερό αντιστέκεται στην αλλαγή της θερμοκρασίας του, λόγω των δεσμών υδρογόνου του.

Θερμορρύθμιση ΙΙ και Διόγκωση κατά την ψύξη Το νερό έχει υψηλή θερμότητα εξάτμισης (η ποσότητα της θερμότητας που πρέπει να απορροφήσει 1 g υγρού για να περάσει από την υγρή στην αέρια φάση) Αποτέλεσμα: Το νερό δρα ευεργετικά όσον αφορά τη ρύθμιση του γήινου κλίματος λόγω της μεγάλης ποσότητας ενέργειας (ηλιακής) που απαιτείται για την εξάτμιση του νερού. Το νερό είναι μια από τις λίγες ουσίες που έχουν μικρότερη πυκνότητα όταν βρίσκονται στη στερεή φάση από ότι στην υγρή (λόγω δεσμών υδρογόνου) Ο κρύσταλλος του πάγου είναι ογκώδης, διαθέτει λιγότερα μόρια νερού από ότι ίσος όγκος υγρού νερού και αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο πάγος να είναι λιγότερο πυκνός από το νερό και να επιπλέει (να μην καταβυθίζεται) Η ιδιότητα του πάγου να επιπλέει, λόγω της διαστολής του νερού κατά τη στερεοποίηση του, είναι σημαντική όσον αφορά τη διατήρηση της ζωής στο γήινο περιβάλλον.

Διόγκωση κατά την ψύξη

Διαλύτης της ζωής Διάλυμα: Ένα υγρό που περιέχει ένα εντελώς ομοιογενές μείγμα δύο ή περισσότερων ουσιών Διαλύτης: Ο διαλυτικός παράγοντας Διαλυμένη ουσία: Η ουσία που διαλύεται Υδατικό διάλυμα: Διάλυμα στο οποίο ο διαλύτης είναι το νερό Νερό: ‘Έχει ευρύτατες διαλυτικές ικανότητες, για τις οποίες ευθύνεται η πολικότητα του μορίου του Κέλυφος ενυδάτωσης: Σφαίρα από μόρια νερού γύρω από κάθε διιστάμενο ιόν ΝΕΡΟ Ο ΔΙΑΛΥΤΗΣ ΤΗΣ ΕΜΒΙΑΣ ΥΛΗΣ

Διαλυτικές ικανότητες νερού

Υδρολογικός κύκλος

Σύνοψη ιδιοτήτων νερού Το νερό είναι το πλέον άφθονο από τις ουσίες που υπάρχουν στην επιφάνεια της γης Είναι σχεδόν το μόνο ανόργανο υγρό που είναι δυνατό να βρεθεί σε στη φύση σε μορφή αέρια, υγρή και στερεά μορφή και μάλιστα πολλές φορές τον ίδιο χρόνο Το νερό έχει τη μεγαλύτερη διαλυτική ικανότητα απ’ οποιοδήποτε άλλο ρευστό Οι θάλασσες οι ωκεανοί και όλα τα επιφανειακά νερά βοηθούν στη διατήρηση των χημικών συνθηκών της ατμόσφαιρας σε ισορροπία και επιδρούν στη θερμοκρασία και στο κλίμα Η πυκνότητα του νερού αυξάνει με τη μείωση της θερμοκρασίας μέχρι περίπου τους 4ο C. Από εκεί και πέρα περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας μειώνει (απροσδόκητα) την πυκνότητα του νερού. Το θαλασσινό νερό περιέχει κατά μέσο όρο 35 g διαλυμένων στερεών ανά λίτρο (>70% NaCl) με αποτέλεσμα να έχει διαφορετικές ιδιότητες από το γλυκό νερό.