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Grimm, H.:
Wasser: allgemeine und physikalische Eigenschaften in Tabellenhttp://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_eigenschaften.shtmlzuletzt aktualisiert am 09.11.2017 |
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Abstract Tabellen zu Eigenschaften des Wassers: Spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Viskosität, elektrische Leitfähigkeit, Kompressibilität, Brechungsindex, Dielektrizitätskonstante, Schallgeschwindigkeit, Oberflächenspannung, Absorption von elektromagnetischer Strahlung, weitere Eigenschaften Seiteninhalt:
1. Vorkommen und allgemeine Stoffdaten von Wasser: Chemische Formel: H2O Molekulargewicht: M_H2O = 18,01534 g/Mol Schmelzpunkt bei Normaldruck: Smp_H2O = 0°C Siedepunkt bei Normaldruck: Sdp_H2O = 100°C Schmelzwärme bei konstantem Druck ("Schmelzenthalpie") bei Normaldruck und 0°C: Delta_H_Sm = 6,007 kJ/Mol Delta_H_Sm = 333,4 kJ/kg Verdampfungswärme bei konstantem Druck ("Verdampfungsenthalpie") bei Normaldruck und 100 °C: Delta_H_V = 40,66 kJ/Mol Delta_H_V = 2257 kJ/kg Standard-Bildungsenthalpie für flüssiges Wasser: Delta_H_B = -285,9 kJ/Mol Delta_H_B = -15,87 MJ/kg Tripelpunkt: T_Trp = 0,01 °C Wassermenge auf der Erde, frei und in Lithosphäre gebunden: ca. 2,4*10^21 kg Masse der Hydrosphäre: 1,664*10^21 kg (Zum Vergleich:) Masse der Atmosphäre: 5,136*10^18 kg Gesamte Fläche der Ozeane und Meere: 3,61*10^14 m^2 = 70,8% d. Erdoberfl. Mittlere Tiefe der Ozeane: 3794 m Die Schmelz- und die Verdampfungsenthalpie sind temperaturabhängig. Dies ist besonders bei der Verdampfungsenthalpie zu beachten, da wegen der starken Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck die Verdampfung oder Kondensation häufig bei Temperaturen stattfindet, die sehr weit vom Siedepunkt bei Normalbedingungen abweichen. Verdunstung und Kondenswasserbildung finden auch bei Normaldruck bei ganz unterschiedlichen Temperaturen statt. Im Folgenden sind die Dampfdrücke, Enthalpien der Flüssigphase und die Verdampfungsenthalpien bei unterschiedlichen Temperaturen beim jeweiligen Sättigungsdruck wiedergegeben: Temp.(°C) p(bar) Hfl.(kJ/kg) DeltaHV(kJ/kg) ============================================= 0 0,0061 0,00 2500,5 5 0,0087 21,05 2488,6 10 0,0123 42,03 2476,9 15 0,0170 62,96 2465,1 20 0,0234 83,86 2453,4 25 0,0317 104,74 2441,7 30 0,0424 125,61 2429,9 40 0,0737 167,34 2406,2 50 0,1233 209,11 2382,2 60 0,1992 250,91 2357,9 70 0,3116 292,78 2333,1 80 0,4736 334,72 2307,8 90 0,7011 376,75 2268,8 100 1,0132 418,88 2255,5 110 1,4326 461,13 2228,5 120 1,9853 503,5 2200,7 140 3,614 588,9 2142,9 160 6,180 675,2 2081,3 180 10,027 762,7 2014,9 200 15,551 851,8 1941,9 220 23,201 943,0 1860,4 240 33,48 1036,9 1768,2 260 46,94 1134,3 1663,1 280 64,19 1236,1 1542,5 300 85,92 1344,2 1403,6 320 112,90 1461,3 1241,3 340 146,08 1593,5 1026,7 350 165,37 1670,3 892,2 360 186,74 1762,2 720,9 365 198,30 1817,9 608,0 370 210,52 1893,7 446,2 372 215,62 1938,1 349,0 373 218,22 1972,0 280,4 374 220,86 2043,2 144,4 374,15 221,29 2099,7 0 --------------------------------------------- 2. Das Wassermolekül: Abstand der Mittelpunkte der Atome voneinander: H-O = 0,1013 nm H-H = 0,153 nm Winkel zwischen den O-H -Bindungen: 105,05° 3. Kritische Daten: Wird Wasser (das gilt für andere Stoffe auch!) in einem geschlossenen Druckbehälter immer weiter erhitzt, dann verdampft mit steigender Temperatur immer mehr Wasser, wodurch der Druck im Behälter ansteigt. Die physikalischen Eigenschaften von Wasser und Dampf nähern sich mit steigender Temperatur immer mehr einander an. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur sind die Eigenschaften von Wasser und Dampf gleich geworden. Diese Temperatur nennt man kritische Temperatur T_krit. Das äußert sich u.A. darin, dass die Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Dampf, die unterhalb der kritischen Temperatur noch sichtbar ist (wegen der dann noch unterschiedlichen Brechungsindizes), beim Erreichen der kritischen Temperatur verschwindet (von dieser Temperatur an sind, wie alle anderen Eigenschaften auch, die Brechungsindizes gleich). Der Druck bei Erreichen der kritischen Temperatur und die Dichte werden kritischer Druck p_krit und kritische Dichte D_krit genannt. Kritische Daten von Wasser: T_krit = 374,15 °C p_krit = 216,9 bar D_krit = 315 kg/m^3 4. Spezifische Wärme ("spezifische Wärmekapazität") von Wasser, Eis und Wasserdampf bei konstantem Druck, abhängig v.d. Temperatur: Temp.(°C) c(p)(kJ/kg/K) ============================ -100 1,377 fest (Eis) -60 1,64 -32 1,86 -25 1,93 -21 1,95 -15 2,00 -11 2,04 -5 2,06 -2 2,10 fest ---------------------------- 0 4,218 flüss. 10 4,192 20 4,182 30 4,179 40 4,179 50 4,181 60 4,184 70 4,190 80 4,196 90 4,205 100 4,216 flüss. ---------------------------- 110 2,014 gasf. (Dampf) 120 1,997 150 1,976 200 1,963 250 1,980 300 1,997 gasf. 400 2,052 überkritisch 500 2,119 überkritisch ----------------------------Zum Vergleich: Spezifische Wärme anderer Feststoffe und Flüssigkeiten: Flüssigk. Temp.(°C) c(p)(kJ/kg/K) ==================================== Aluminium 20 0,896 Blei 0 0,128 Kupfer 0 0,381 Fensterglas 20 0,8 (ca.) Eichenholz 20 2,39 Nadelholz 20 2,7 Gummi 0 1,4 tr. Sand 20 0,8 Beton 20 0,9 Zucker 0 1,26 Ammoniak 0 4,65 (1) Ammoniak 20 4,77 (1) Hydrazin 25 2,90 Blausäure 25 2,62 Schwefels. 20 1,38 Methanol 25 2,54 Ethanol 25 2,45 Aceton 25 2,17 Essigsäure 25 2,05 n-Oktan 25 2,22 i-Oktan 25 2,07 Benzol 20 1,73 Spindelöl 20 1,85 Chloroform 25 0,97 Quecksilber 0 0,140 Quecksilber 80 0,138 ------------------------------------ (1): bei Sättigungsdruck 5. Wärmeleitfähigkeit lambda von Wasser, Eis und Wasserdampf, abhängig von Temperatur und Druck: Temp.(°C) lambda(W/m/K) ==================================== -100 3,5 (Eis) -60 2,8 (Eis) 0 2,2 (Eis) 0 0,569 20 0,604 40 0,632 60 0,654 80 0,670 100 0,681 140 0,688 (b. Sätt.druck) 180 0,677 (b. Sätt.druck) 220 0,648 (b. Sätt.druck) 300 0,541 (b. Sätt.druck) 340 0,460 (b. Sätt.druck) 374 0,238 (b. Sätt.druck) 30 0,611 (b. 1 bar) 30 0,649 (b. 1000 bar) 30 0,707 (b. 2500 bar) 300 4,35 (Dampf, 1 bar) 400 5,40 (überkritisch, 1 bar) 300 4,75 (Dampf, 20 bar) 400 5,60 (überkritisch, 20 bar) 300 5,30 (Dampf, 50 bar) 400 5,94 (überkritisch, 50 bar) -----------------------------------Zum Vergleich: Wärmeleitfähigkeit anderer Flüssigkeiten und Feststoffe: Stoff Temp.(°C) lambda(W/m/K) ====================================== Aceton 16 0,190 Benzol 22,5 0,158 Toluol 27 0,1340 CCl4 27 0,1036 Glycerin 20 0,294 Quecksilber 0 7,9 V2A-Stahl 20 15 Eisen 25 80,4 Kupfer 25 401 Aluminium 25 237 Diamant TypI 25 990 Diamant TypIIa 25 2320 Diamant TypIIb 25 1360 Pyrolysegraphit 25 - schichtparallel 1960 - senkr. z. Schicht 5,73 Schwefel, krist. 25 0,27 Nadelholz 20 0,14 Kork 20 0,05 Beton 20 1,3 -------------------------------------- 6. Dynamische Viskosität eta von Wasser, abhängig von Druck und Temperatur:
Temp.(°C) eta(N*s/m^2)
b. 1 bar b. 100 bar
==================================
flüssig:
0 0,001792 0,001770
10 0,001307 0,001296
20 0,001002 0,001000
30 0,000797 0,000789
40 0,000653 0,000654
50 0,000546 0,000549
60 0,000466 0,000469
70 0,000404 0,000408
80 0,000355 0,000361
90 0,000315 0,000324
100 0,000282 0,000293
120 0,000245
140 0,000207
200 0,000141
300 0,000094
gasförmig:
100 0,0000124
120 0,0000132
140 0,0000140
160 0,0000148
180 0,0000155
200 0,0000163
300 0,0000202
überkritisch:
400 0,0000240 0,0000289
500 0,0000277 0,0000322
----------------------------------
Zum Vergleich: Dynamische Viskosität anderer Flüssigkeiten:
Stoff Temp.(°C) eta(N*s/m^2)
======================================
Aceton 25 0,000316
Essigsäure 18 0,00130
Methanol 25 0,000547
Ethanol 20 0,001200
30 0,001003
Isopropanol 30 0,00177
Chloroform 25 0,000542
Diethylether 25 0,000222
Benzol 20 0,000652
50 0,000442
Toluol 20 0,000590
Ethylenglykol 20 0,0199
40 0,00913
80 0,00302
Glycerin 20 1,490
30 0,629
Hydrazin 20 0,00097
Hexan 25 0,000294
Olivenöl 20 0,0840
40 0,0363
70 0,0124
Schwefels. 20 0,0254
30 0,0157
Quecksilber 20 0,001554
100 0,001240
200 0,001052
-------------------------------------
Umrechnung in andere Einheiten:
1 P (Poise) = 0,1 N*s/m^2
1 cP = 0,001 N*s/m^2
1 N*s/m^2 = 1 kg/m/s
7. Elektrische Leitfähigkeit sigma von reinstem Wasser, abhängig v.d. Temperatur: Temp.(°C) sigma(yS/m) ========================= -2 1,47 0 1,58 2 1,80 4 2,12 10 2,85 18 4,41 26 6,70 34 9,62 50 18,9 ------------------------- 8. Isotherme Kompressibilität Chi von Wasser, abhängig von Druck und Temperatur: Es gilt:
V = V_0 * ( 1 - Chi * p )
V: Volumen
V_0: Ausgangsvolumen
Chi: isothermer Kompressibilitätskoeffizient
p: Druck
Temp. Chi(10^-5 1/bar) im Druckbereich (bar):
(°C)
1..50 50..100 100..200 1000..2000
==============================================
0 5,0 4,9 4,7 3,3
10 4,8
20 4,6 4,5 4,3 3,2
30 4,5
40 4,4 4,4 4,2 3,1
50 4,4
60 4,4 4,4 4,2
70 4,5
80 4,6
90 4,7
100 4,8 4,7 4,6
----------------------------------------------
Mittelwerte bei 20°C:
p(bar) Chi(10^-5 1/bar)
=============================
1 4,59
100 4,52
200 4,46
300 4,39
500 4,27
750 4,12
1000 3,98
1250 3,85
1500 3,73
-----------------------------
Zum Vergleich: Isotherme Kompressibilität einiger anderer Flüssigkeiten:
Flüssigk. Chi(10^-5 1/bar)
b. 20°C b. 80°C
==================================
Aceton 12
Essigs. 9 14
Glykol 3,7 4,6
Quecksilber 0,40 0,42
Methanol 12
Ethanol 11 17
----------------------------------
9. Für die im Folgenden aufgeführten optischen Eigenschaften von Wasser zur Orientierung der Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Spektralfarbbereichen:
< 400 nm ultraviolett
400..425 nm violett
blauviolett
470..500 nm blau
blaugrün
520..560 nm grün
gelbgrün
580..600 nm gelb
orange
680..800 nm rot
> 800 nm infrarot
9.1 Absorption von elektromagentischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge in Wasser:I: Intensität nach Durchtritt durch eine x m dicke Wasserschicht I_0: Ursprüngliche Intensität vor dem Durchtritt k: Absorptionskoeffizient Es gilt: I = I_0 * e^(-k*x) Die k-Werte wurden aus (#oml) entnommen, worin Absorptionsdaten aus unterschiedlichen Quellen aufgeführt werden, die sich in z.T. exorbitantem Maße unterscheiden, vor Allem im UV-Bereich. Die hier wiedergegebenen Werte sind zumeist Mittelwerte aus einer Auswahl derjenigen Werte, die untereinander wenigstens einigermaßen ähnlich sind. Wer mehr als einen orientierenden Überblick benötigt, dem wird dringend empfohlen, sich selbst die Originalliteratur anzusehen. Bei den Werten ab 1000 nm unterscheiden sich die Werte aus den einzelnen Quellen i.d.R. nur wenig voneinander. Hier sind jeweils die Mittelwerte aus bis zu 4 Einzelquellen angegeben. x(0,001) ist die berechnete Dicke einer Wasserschicht, die die betr. Strahlung auf 1/1000 ihres Anfangswertes schwächt. Lambda(nm) k(1/m) x(0,001)(m) ======================================= 200 ca. 7 1 250 ca. 1 7 300 ca. 0,2 35 350 ca. 0,2 35 400 ca. 0,06 110 450 ca. 0,02 350 500 ca. 0,025 280 550 ca. 0,05 140 600 ca. 0,2 35 650 ca. 0,32 22 700 ca. 0,65 11 750 ca. 2,6 2,7 800 ca. 2,0 3,5 1000 37 0,19 2000 (1) 6800 0,0010 3000 (2) 1150000 4000 14300 5000 31300 6000 (3) 180000 7000 575000 8000 54000 9000 56000 1*10^4 (4) 66000 2*10^4 246000 5*10^4 126000 1*10^5 66200 2*10^5 31400 5*10^5 18600 1*10^6 (5) 12800 5*10^6 5860 1*10^7 3640 5*10^7 372 0,019 1*10^8 93 0,074 1*10^9 (6) 1,0 6,9 ---------------------------------------- (1): entspr. Strahlungsmaximum bei ca. 1200°C (2): entspr. Strahlungsmaximum bei ca. 700°C (3): entspr. Strahlungsmaximum bei ca. 200°C (4): entspr. Strahlungsmaximum bei ca. 0°C (5): 300-GHz-Wellen (1mm-Wellen) (6): 300-MHz-Radiowellen (1m-Wellen) 9.2 Brechungsindex n Wasser gegen Luft gleicher Temperatur bei Normaldruck, abhängig von Temperatur und Wellenlänge: Wellenlänge n(20°C) n(30°C) n(40°C) ============================================ 235 1,3854 1,3838 280 1,3644 1,3631 1,3614 366 1,3470 1,3458 1,3442 405 1,3427 1,3417 1,3402 447 1,3394 1,3383 1,3370 502 1,3364 1,3353 1,3339 546 1,3345 1,3334 1,3321 589 (1) 1,3330 1,3319 1,3306 656 1,3312 1,3301 1,3288 707 1,3300 1,3290 1,3277 808 1,3282 871 1,3270 943 1,3258 1028 1,3245 1500 1,316 2000 1,300 --------------------------------------------Brechungsindex von Eis bei der Natrium-D-Linie bei 0°C: 1,3091 (ordentl. Strahl) 1,3105 (außerordentl. Strahl) (1): Natrium-D-Linie, Wellenlänge Lambda = 589,3 nm Zum Vergleich: Brechungsindizes n(25)D anderer Flüssigkeiten bei 25°C und der Na-D-Linie: Stoff n(25)D =========================== Schwefels. 1,427 Brom 1,661 Hydrazin 1,470 (22°C) CS2 1,628 CSe2 1,845 (20°C) Methanol 1,326 Ethanol 1,359 1-Propanol 1,383 1-Butanol 1,397 1-Pentanol 1,408 n-Hexan 1,372 n-Oktan 1,395 n-Dekan 1,409 n-Dodekan 1,400 Cyclohexan 1,424 Aceton 1,357 Essigsäure 1,370 Diethylether 1,352 Chloroform 1,444 CCl4 1,460 Benzol 1,498 Styrol 1,545 Nitrobenzol 1,550 Dijodmethan 1,749 -------------------------- 10. Statische Dielektrizitätskonstante epsilon von Wasser, abhängig v.d. Temperatur: Temp.(°C) epsilon ===================== 0 87,69 10 83,82 20 80,08 25 78,25 30 76,94 40 73,02 50 69,70 60 66,51 70 63,45 80 60,54 90 57,77 100 55,15 ---------------------Zum Vergleich: Dielektrizitätskonstanten anderer Flüssigkeiten (bei Temperaturen über dem Siedepunkt: Wert bei Sättigungsdruck):
Stoff Temp.(°C) epsilon
===================================
D2O 25 78,54
Ammoniak -33,4 22,4
25 16,9
Hydrazin 20 52
Brom 20 3,09
H2O2 0 84,2
CO2 0 1,60
HCN 0 158
20 114
Methanol 25 32,63
Ethanol 25 24,30
Essigsäure 20 6,15
n-Hexan 20 1,89
Benzol 20 2,28
Nitrobenzol 25 34,8
Formamid 20 109
Ameisensäure 16 58
Glycerin 25 42,5
Glykol 25 37
Diethylether 20 4,34
Cyclohexan 20 2,02
Styrol 25 2,43
------------------------------------
11. Schallgeschwindigkeit c in dest. Wasser bei 750 kHz, abhängig v.d. Temperatur: Temp.(°C) c(m/s) ===================== 0 1403 10 1448 20 1483 30 1509 40 1529 50 1543 60 1551 70 1555 80 1555 90 1551 100 1543 ---------------------Zum Vergleich: Schallgeschwindigkeit anderer Flüssigkeiten bei 25 °C: Stoff c(m/s) ======================== Seewasser 1531 Aceton 1174 Benzol 1295 Methanol 1103 Ethanol 1207 Quecksilber 1450 Diethylether 985 Glykol 1658 Glycerin 1904 Chloroform 987 ------------------------ 12. Oberflächenspannung sigma von Wasser gegen Luft, abhängig von der Temperatur: Temp.(°C) sigma(N/m) =========================== -5 0,0764 0 0,0756 10 0,0742 20 0,0728 30 0,0712 40 0,0696 50 0,0679 60 0,0662 80 0,0626 100 0,0589 ---------------------------Zum Vergleich: Oberflächenspannung anderer Flüssigkeiten bei 20°C gegen Luft: Stoff sigma(N/m) =========================== Benzol 0,0289 Glycerin 0,0634 Glykol 0,0477 Methanol 0,0226 n-Hexan 0,0184 N2 (-183°C) 0,0066 (geg. Dampf) He (-269°C) 0,00012 (geg. Dampf) H2SO4(98,5%) 0,0551 Quecksilber 0,476 --------------------------- 13. Quellen: (#DAL): D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker und Physiker, Bd.1, 3.Aufl., Springer, Berlin-Heidelberg 1967 (#Wea): Weast, Handbuch für Chemiker und Physiker, 64th Edition 1983-84, CRC Press (#MSc): Meyer/Schiffner, Technische Thermodynamik, VEB Fachbuchverlag, Leipzig 1989 (#oml): http://omlc.ogi.edu/spectra/water/ |
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