Woher weiß man das Wasser H2O ist?

6 Antworten

s. Volumenverhältnisse:

1) Aus dem Befund, daß Elemente in Verbindungen in bestimmten, festen Massenverhältnissen auftreten (z.B Fe:S=7:4 in Eisensulfid)und in verschiedenen Verbindungen der gleichen Elemente auch kleine ganze Zahlen auftreten (Gesetz der multiplen Proportionen) hat man geschlossen, daß Materie nicht beliebig "verschmiert" vorkommen kann, sondern letztlich aus kleinsten Teilchen=Atomen besteht.

2) Aus dem Befund, daß Gase in bestimmten, kleinen Volumenverhältnissen in Reaktionen auftreten, kann man schließen, daß

a) die kleinsten Teilchen (Moleküle oder Atome) einfach gebaut sind (also z.B. H2 oder Cl2 oder H4O2 (gibts nicht) und nicht etwa H5O11)

b) daß diese Teilchen (unabhängig von ihrer Größe) den gleichen Raum beanspruchen oder umgekehrt in gleichen Räumen gleiche Anzahl vorkommt

Bsp. 1 Liter H und 1 l Cl ergeben 1 l HCl ? (? weil ich noch nicht die genaue Formel kenne).

Unter der Annahme, daß es H2 ist und Cl2 und HCl geht die Geschichte auf, ebenso angenommen, daß

2H2 + O2 --> 2H2O ergeben (Zahlen vor Symbolen=Volumenverhältnisse)

Wäre die Wasserformel H4O2, müßte die Gleichung 2H2 + O2 --> H2O sein, also die Stoffe im Verhältnis 2:2:1 auftreten, statt wie richtig 2:1:2.

Das gleiche läßt sich für HCl durchspielen.

Je mehr Reaktionen man auswertet, umso plausibler wurden die Annahmen a und b.

1 Liter H und 1 l Cl ergeben 1 l HCl ? muß 2 l heißen (Kopfrechnen schwach!)

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@PFromage

1 Liter H und 1 l Cl ergeben 1 l HCl ? Ist doch wohl richtig so, wenn man ideales Verhalten annimmt. Denn H2 + Cl2 --> 2 HCl

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> Kann man wassermoleküle unterm Mikroskop sehen?

Ja. Aber noch nicht lange, und "sehen" ist auch nicht ganz wörtlich zu nehmen. Den Aufbau von Wasser kannte man aber schon lange vorher, siehe die anderen Antworten.
Zum dafür geeigneten Mikroskop:

https://de.wikipedia.org/wiki/Rasterkraftmikroskop

https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/news/2010/mikroskop-macht-atomstruktur-von-molekuelen-sichtbar/

Woher ich das weiß:
Studium / Ausbildung

Das kann man am einfachsten nachweisen mit einem Massenspektrometer.

"Da im Massenspektrum von Wasser (siehe Abbildung 2) der höchste Wert bei 18 u vorliegt, kommen nur Elemente mit einer Atommasse bis 18 u infrage. Durch die Betrachtung der Peaks kommt man schnell darauf, dass ein Sauerstoff-Atom in der Molekülverbindung enthalten sein muss (Peak bei 16 für O⁺). Eine einleuchtende Molekülformel ist dann H2O, was durch den Peak bei 17 u bestätigt wird, der OH⁺entspricht. Außerdem liegen H⁺ (Fragment-Peak bei 1 u) vor. H2O⁺ ist der Molekül-Peak bei 18 u."

https://patrick-robrecht.de/downloads/physik_facharbeit_robrecht_massenspektrometrie.pdf

Das gilt streng genommen allerdings nur für gasförmiges Wasser. Flüssiges Wasser zeigt schon einige Besonderheiten in Form von Clustern, die man auch mit einem Vielfachen der Formel H2O beschreiben könnte. Und je nach Druck und Temperatur sind im festen Zustand auch andere Spezies formulierbar. Das ändert aber alles nichts an der Tatsache, dass H und O im Verhältnis 2/1 vorliegen und so kann man das auch für chemische Reaktionen immer verwenden (es geht um Verhältnisse) unabhängig davon, wie sich das Wasser physikalisch präsentiert.

Ist Wasser nicht eigendlich H2O + H3O+ + OH- ,statt H2O?

Der pH-Wert von Wasser ist 7. Das heißt, in 1L Wasser sind 10^-7mol H3O+ und 10^-7mol OH- Ionen. (bei 22°C) Die Masse von H2O ist 2*1,008+15,999=18,015. 1L Wasser entspricht 1cm³ Wasser und 1kg Wasser. Der pH-Wert von 7 kommt daher, weil die Wassermoleküle untereinander reagieren: 2H2O→H3O++OH- und H3O++OH-→2H2O vereinfacht: H2O→OH-+H+ (Da es nie einzelnrumfliegende Protonen gibt, reagiert es zu H3O+) Im Wasser sind insgesamt 200000/3603=55,50929781mol. Zieht man davon den pH-Wert ab, bleiben 55,50929761mol H2O-Teilchen. Somit bleiben jeweils 0,0000001mol (60200000000000000 Ionen) für H3O+ und OH-. Somit ist die komplett richtige Formel für Wasser 5550929761H2O+10H3O++10OH- bzw. 5,550929761G H2O+1daH3O++1daOH-

Dies war eine kleine Erklärung,zu meiner Frage. Bin mir aber nicht sicher ob alles stimmt. Ein paar Reaktionen wären nett.

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