Is, vand og damp

Et vandmolekyle består af tre atomer. To hydrogenatomer (nummer 1 i det periodiske system) og et oxygenatom (nummer 8 i det periodiske system). I vand bliver oxygen og hydrogen holdt sammen af kovalente bindinger. Det vil sige, at de deler elektroner, det gør bindingen stærk. Dog deler de ikke ligeligt: Et oxygenatom er 8 gange tungere end et hydrogenatom, derfor er dets tiltrækningskraft meget større, og oxygenatomet vil have de negativt ladede elektroner meget tættere på. Man siger at oxygen er mere elektronegativt.

Når mange vandmolekyler er samlet, vil de danne et netværk, hvor plus polen finder sammen med minus polen. Denne tiltrækning kaldes hydrogenbindinger. Det gør at vand ”hænger godt sammen”, og vi har det, vi kalder ”vand”, som man ser i søer, have og på flasker.

Hydrogenbindingerne betyder at vand har en stor overfladespænding.

Aktivitet
kig på vands overfladespænding – fyld et glas med vand. Overfladespændingen gør, at vandet står højere i midten end ved glassets kant. Se hvor mange papirclips vandet kan bære. Put en enkelt dråbe sæbe i vandet. Hvad sker der? Hvorfor?

Tilstandsformer

Men vand findes også på andre måder, fx is og damp. De forskellige versioner af vand kaldes for tilstandsformer. Ved at tilføre energi, eksempelvis i form af varme, kan man ændre på de forskellige tilstandsformer af vand. Hvis man koger vand, vil det blive til damp. Hvis man fryser vand, vil det blive til is. De tre tilstandsformer kaldes gas, væske og fast stof.

Hvis man tilfører energi til vandet, vil det nå sit kogepunkt. Energien får nemlig vandmolekylerne til at bevæge sig hurtigere, så stiger temperaturen. Kogepunktet er den temperatur, hvor der er nok energi i vandet til at det går fra væske- til gasform. Når vand er blevet til gas, så fylder det meget mere, end når det er flydende. 1 liter flydende vand fylder 1500 liter, hvis det er blevet til gas - man kalder det også damp eller vanddamp.

Hvis vandet køles ned, vil molekylerne bevæge sig langsommere, og når vandet når frysepunktet bliver molekylerne på deres plads og vi har fast stof - også kaldet is.

Vand er en af de eneste almindelige stoffer, som kan findes i alle tre tilstandsformer på jorden.

Læs mere om vand, varme og energi her - og se flere forslag til forsøg
Eksperimentarium har lavet et hæfte med masser af forsøg. Find det her: "Vand, varme og energi"

 Normalt siger man, at mere energi (varme) et stof får tilført, jo mere vil det udvide sig. Og jo mere energi man tage væk (varmetab), jo mere vil det trække sig sammen. Sådan er det ikke med vand. Vand udvider sig, når det fryser. En isterning vil altid flyde ovenpå vand, fordi isens massefylde er lavere end vand på væskeform. Vand har en speciel egenskab, fordi det danner krystaller (iskrystaller). En krystal er et ordnet netværk af molekyler – i modsætning til både væske og damp, som kaotiske og molekylerne sværmer mellem hinanden.

Tripelpunkt

Tryk har også en indvirkning på vands tilstandsformer. Det kan man se på kurven, som viser vands tilstandsformer og vandets tripelpunkt, som er den temperatur og det tryk hvor vand befinder sig i alle tre tilstandsformer på en gang. Her vil små ændringer i tryk og temperatur forskyde balancen og du kan gå fra is til damp på nul komma fem. Eller fra vand til is på ingen tid.

Vand kan også være underafkølet. Det vil sige, at dets temperatur er under dets frysepunkt, men det er stadigvæk på væskeform. Det er fordi iskrystaller skal formes fra et startpunkt, som fx kan være en urenhed i vandet, der kan starte en krystaldannelse.

Se mere om underafkølet vand her

Aktivitet
Se på kurven med tripelpunkt. Overgangene mellem tilstandsformerne kaldes faseovergange. Forklar følgende faseovergange med hensyn til tyk og temperatur for vand - hvad sker der ved: Smeltning Størkning Fordampning Fortætning Sublimering Desublimering

Aktivitet
Brug internettet til at forklare: Hvornår koger vand på toppen af Mt. Everest - og hvorfor? Hvornår koger vand på bunden af havet og hvorfor? Hvornår koger vandet på Mars - og hvorfor?

Aktivitet
Køl en flaske demineraliseret vand (0,5L) til -18 grader i en fryser på 1,5 til 2 timer. Vandet skulle nu gerne være underafkølet. Skab dit eget krystalliseringspunkt ved at slå til flasken og vandet skulle gerne fryse med det samme. Tips: åben ikke fryseren under kølingen og ryst ikke vandet for meget.