Robert Vácha Kamenice 5, A4 2.13 robert.vacha@mail.muni.cz Vlastnosti vody TABLE 4.1 Common Properties of Water Molecular Formula Ha0 Mass 18.0153 amu (or g/mol) 2.99072 x 10"26 kg/molecule Molecular volume (liquid) 14.6 Á3/molecule (van der Waals) Concentration 55.345 M (mol/L) Number density 3.34 x 102s m-3 Density 997.05 kg/m3 (liquid, 25DC, 1 atm) 999.97 kg/m3 (liquid, 3.984°C, 1 atm) 916.72 kg/m3 (solid, 0°C, 1 atm) Melting point 0°C (273.15 K) Boiling point 100.0°C Specific heat 4182 J/(kg'K) (constant pressure) Dielectric constant 78.5f0 Viscosity (dynamic) 0.8909 x 10"3 Pa s (25°C) 1.0016 x 10 3 Pa s(20°C) Surface tension 0.07198 J/m3 3 74 anomálií vody http://www1 .lsbu.ac.uk/water/water anomalies.html • Phase anomalies P1-P13 • Density anomalies D1-D22 • Material anomalies M1-M18 • Thermodynamic anomalies T1-T11 • Physical anomalies F1-F10 4 Hustota vody • charakteristická vlastnost vody • významná pro existenci života na Zemi • hustotní maximum při 4 °C —► led má menší hustotu než kapalná voda, a proto plave na hladině 1000.25 1000.20 Jf 1000.15 I' 1000.10 c Q S 1000.05 1000.00 999.95 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 Temperature (X) Zvláštnosti vody měrná tepelná kapacita • voda má silnou schopnost absorbovat teplo (teplota takového systému roste jen zvolna) TABLE 4.3 Heat Storage: Q = mcpAT Substance c„(kcal/kg-K) Lead 0.031 Mercury 0.033 Copper 0.092 Glass 0.20 Marble 0.21 Aluminum 0.214 Ice |-10°C) 0.53 Ethanol 0.581 Sea water 0.93 Water 1.00 " Specific heats of substance at constant pressure Zvláštnosti vody tepelná vodivost • voda má velkou tepelnou vodivost, asi 4x větší než jiné kapaliny TABLE 4.4 Heat Transport: Thermal Conductivities of Selected Substances Substance Thermal Conductivity (W Air 0.0256 Nitrogen (300 K/80 K] 0.026/0.13 Carbon tetrachloride 0.10 Di phenyl 0.14 Toluene 0.13 Water 0.60 Styrofoam 0.010 Ice (0°C| 2.2 Copper 390 Diamond 2450 Zvláštnosti vody skupenské teplo • skupenské teplo fázových prechodu je asi 3x větší než u jiných kapalin Table 4.5 Latent Heats of Fusion, Vaporization, and Corresponding Temperatures for Water and Several Oth r Substances Melting Point Latent Heat of Boiling Point Latent Heat of (•C) Fusion, L, (J/kg) <°C) Vaporization, L. (J/kg) Ethanol -114.4 10.8 x 10'- 78.3 8.55 x 105 Methanol -96 9.92 x 10" 64.7 10.7 x 10B Acetone -94.7 9.80 x 10" 56.5 5.51 x 105 Mercury -38.9 1.14 x 10r 356.6 2.96 x 105 Water 0.0 33.5 x 10" 100.0 22.6 x 105 Benzene 5.5 12.6 x 10s 80.1 13.7 x 105 Glycerol 17 20.6 x 10" 290 9.57 x 10s 8 Zvláštnosti vody nízká viskozita TABLE 4.2 Resistance to Movement Viscosities of Fluids (25°C) Fluid Viscosity iPa-s) Air 1.8 x 10"5 Acetone 3.06 x 10J Methanol 5.44 x 10-" Benzene 6.04 x 10 " Water 1.0 x 1(H Ethanol 1.07 x 10-3 Methanol 0.544 x 10-3 Blood 2.3 x 10-3 Sulfuric acid 2.42 x 10-= Motor oil (No. 10) 0.2 Glycerol 1.5 Glucose (solid} 6.6 x 10*1D 2,0 mPa s ♦10 +20 +30 +40 Zvláštnosti vody povrchové napětí • voda má velké povrchové napětí • znemožňuje vytečení malými otvory většina kapalin má při nízkém povrchovém napětí i nízkou viskozitu, ale voda má vysoké povrchové napětí a nízkou viskozitu TABLE 4.6 Surface Tem Pyridine Sulfuric acid Glycerol Hydrazine Water Tissue fluids Soapy water Lung surfactant Water (with but Lino I) and Surface Tensi Surface Tensions (w/air) I, (N/m or J/m2) 0.0221 0.0227 0.0252 0.0288 0.0380 0.0551 0.0640 0.0667 0.0728 (25°C) 0.0588 (100"C) (m/s) 20.6 82.4 47.7 2.28 0.0445 10 Zvláštnosti vody dielektrická konstanta • voda má jednu z nejvyšších dielektrických konstant mezi kapalinami TABLE 4.7 Dielectric Properties of F jidsa Static Dielectric Substance Constant, e Dipole Moment (Debye) Hexane 1.9 0.00 Benzene 2.3 0.00 Diethyl ether 4.3 1.15 Chloroform 4.8 1.15 Ammonia 16.9 1.47 Acetone 20.7 2.72 Ethanol 24.3 1.68 Methanol 32.6 1.66 Dimethyl sulfoxide 48.9 3.96 Water (298 K) 78.5 1.84 (gas) (Liquid, 273 K) 88 2.5-31 n liquid and solid?) (Ice, 273 Ki 91.5 Forma mide 110.0 3.37 a Water has a high dielectric constant and r Im ■ve y w permanent elec- trlcdlpole mome Zvláštnosti vody dielektrická konstanta • voda má jednu z nejvyšších dielektrických konstant mezi kapalinami TABLE 4.7 Dielectric Properties of F jidsa Static Dielectric Substance Constant, e Dipole Moment (Debye) Hexane 1.9 0.00 Benzene 2.3 0.00 Diethyl ether 4.3 1.15 Chloroform 4.8 1.15 Ammonia 16.9 1.47 Acetone 20.7 2.72 Ethanol 24.3 1.68 Methanol 32.6 1.66 Dimethyl sulfoxide 48.9 3.96 Water {298 K) 78.5 1.84 (gas) (Liquid, 273 K) 88 2.5-3 (in liquid and solid?) (Ice, 273 Ki 91.5 Forma mide 110.0 3.37 a Water has a high dielectric constant and r latively low permanent elec- trlcdlpole mome 13 Zvláštnosti vody bod varu pro osatní látky s vodíkovými vazbami H? i c B Pt 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 ls~- , ,HF \ \ \ ■ 1 \ \ * • m \ \ Hl 1-, - ' for 'i Kapalná voda x led • počet sousedů je v kapalné vodě 5 v ledu 4 • průměrný počet vodíkových vazeb na molekulu je v kapalině -3.5 v ledu 4 • úhel H-O-H je v kapalině 104.5° = menší než v ledu 109.5° • molekuly vody mohou vyplňovat mezery přítomné ve struktuře ledu • v ledu je vyšší protonová vodivost a mobilita (protony přeskakují podél sítě vodíkových vazeb - Grotthussův mechanismus) 17 Autoionizační vlastnost vody WW WW Water Water Hydroxide Hydronium Normální led Ih 20 Kubický led Ic ■m m. <*> m> ^ v ^ *V^< Další ledy Amorfní voda prudce zchlazená voda na cca -150 °C sklo 23 Klatráty bod varu pro osatní látky s vodíkovými vazbami Modely vody SPC, SPC/E, TIP3P, TIP4P, TIP5P..... http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_models.html 25 Vodní mýty Paměť vody 1987: Jacques Benveniste Nature Editor John Maddox NATURE VOL 338 nature It is no disrespect to any of those concerned to compare the dilemma created for Nature by these events to that occasioned a year ago by the article in which Professor Jacques Benveniste and colleagues claimed that indefinitely diluted reagents retain their biological effectiveness. The claim flies in the face ,■ ■ - iii '"f-v^ í w • deoxyribose0*^ /—\ ^y~/^ backbone "° J \ 3-end Cytosine /"■* Guanine 5 end Vodíkové vazby v biopolymerech - cukry 39