Химия изучает состав воды, элементы из которых состоит вода. Химики изучают как вода вступает в реакцию с разными веществами, так происходит реакция, что образуется в итоге.
Вода – весьма активное в химическом отношении вещество.
Химические свойства воды:
1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:
2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH (бурно)
2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH (бурно)
3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (только при нагревании)
Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
C + H 2 O = H 2 + CO (при сильном нагревании)
CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (при сильном нагревании)
2) Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока . Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем:
3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов . В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:
4) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Такие оксиди — Это ZnO, TiO 2 , Cr 2 O 3 , из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
5) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты . Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом . Например:
Приведем другие примеры образования гидратов:
H 2 SO 4 + H 2 O = H 2 SO 4 . H 2 O (гидрат серной кислоты)
NaOH + H 2 O = NaOH . H 2 O (гидрат едкого натра)
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
6) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C 6 H 10 O 5) n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:
6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (при действии света)
Размышления (не учебный материал!!!) на тему
свойств молекулы воды
Самое распространенное вещество на нашей планете. Без нее не было бы жизни. Все живые структуры, за исключением вирусов, по большей части состоят из воды. На ее примере детям в школе объясняют строение молекул, химические формулы. Свойства, характерные только для воды, используются в живой природе, а так же в хозяйственной жизни человека.
С детства нам знакомое вещество, никогда не вызывавшее каких-то вопросов. Ну вода, и что? А в таком простом, казалось бы, веществе скрыто много загадок.
Вода - основной природный растворитель. Все реакции в живых организмах так или иначе протекают в водной среде, вещества реагируют в растворенном состоянии.
У воды отличная теплоемкость, но довольно малая теплопроводность. Это позволяет использовать воду как транспорт тепла. На этом принципе основан механизм охлаждения многих организмов. А в атомной энергетике и воду, благодаря этому свойству, используют в качестве теплоносителя.
В воде не только протекают реакции, она сама вступает в реакции. Гидратация, фотолиз и т. д.
Это только некоторые свойства, ни одно вещество не может похвастаться таким наборов свойств. Поистине это вещество уникально.
Ну а теперь ближе к теме.
Всегда, везде, даже в школе на уроках химии ее называют просто «вода».
А вот какое химическое называние и свойства молекулы воды ?
На просторах интернета и учебной литературы можно встретить такие называния: оксид водорода, гидроксид водорода, гидроксильная кислота. Это самые наиболее часто встречающиеся.
Так к какому все таки классу неорганических веществ относится вода?
Давайте разберемся в этом вопросе.
Ниже приведена схема:
Эта версия более правдоподобна: гидроксильная группа явно намекает на что-то подобное. Но какой гидроксид? Давайте опять разберем по свойствам гидроксиды:
Свойства основных гидроксидов (оснований):
Для растворимых оснований (щелочей):
Для растворимых оснований (щелочей) характерны реакции ионного обмена.
Взаимодействие растворимых оснований (щелочей) с кислотными основаниями.
Взаимодействие с амфотерными гидроксидами.
Нерастворимые основания разлагаются при нагревании.
Молекула воды не проявляет ни одного свойства, только разве что, при сильном нагревании, она подвергнется разложению, ну а это со всеми веществами так — есть определенный порог температуры, выше которого связи не могут больше существовать и разрушаются.
Так же аргумент, «против» амфотерного и основного гидроксида — основные и амфотерные гидроксиды образуют только металлы.
Теперь подходим к самой интересной части. Выходит, что вода - это
кислотный гидроксид , то есть кислородосодержащая кислота .
Рассмотрим по свойствам.
Для кислотных гидроксидов характерны:
Реакции с металлами.
Реакции с основными и амфотерными оксидами.
Реакции с основаниями и амфотерными гидроксидам.
Реакции с солями.
Для сильных кислот так же реакции ионного обмена.
Вытеснение более слабых, а так же летучих кислот из солей.
Для молекулы воды характерны почти все эти свойства.
Разберем подробно.
- Реакции с металлами. Не все металлы способны реагировать с водой. Вода как кислота — очень слабая, но, тем не менее, это свойство она проявляет:
HOH + Na → NaOH + H 2 - из воды вытесняется водород — вода ведет себя, как большинство кислот.
- Реакции с основными и амфотерными оксидами. С амфотерными оксидами не реагирует, так как кислотные свойства слабые, но реагирует с основными оксидами (не со всеми правда, это объясняется слабыми кислотными свойствами):
HOH + Na 2 O → 2NaOH
- Реакции с основаниями и амфотерными гидроксидам. Тут вода не может похвастаться такими реакциями — из-за своей слабости как кислоты.
- Реакции с солями. Некоторые соли подвергаются гидролизу - как раз таки реакции с водой.
Эта реакция так же иллюстрирует последнее свойство - вытеснение кислоты, у воды получается вытеснить сероводород.
Из определения: «кислота - это сложное вещество, состоящее из водорода и кислотного остатка, при диссоциирующее на катион H + и катион кислотного остатка «.
Все подходит. И получается, что кислотный остаток - это гидроксильная группа OH.
И, как я и говорил раньше, вода образует соли, выходит, что соли воды-кислоты - это основные и амфотерные гидроксиды: металл, соединенный с кислотным остатком (OH).
И схемы реакций:
кислота + металл → соль + водород (в общем случае)
HOH + Na → NaOH + H 2
кислота + основный оксид → соль вода
HOH + Na 2 O → 2NaOH (соль образуется, только воды не образуется, да и с чего бы это вдруг в результате реакции с водой, должна образовываться вода)
соль + кислота → другая кислота + другая соль
Al 2 S 3 + HOH → Al(OH) 3 ↓ + H 2 S
Итак, мы пришли к выводу, что амфотерные и основные гидроксиды - это соли воды — кислоты.
Тогда как их называть?
Весть термин «гидроксид» также применим к кислородосодержащим кислотам. По правилам получается:
название иона + ат = Гидрокс + ат.
Соли воды - гидроксаты.
Вода настолько слабая кислота, что проявляет некоторые амфотерные свойства, например реакции с кислотными оксидами.
И в воде нейтральная среда, а не кислая, как во всех кислотах - это исключение из правила.
Но в конце концов, как говорил замечательный русский химик-органик «Неосуществимых реакций нет, а если реакция не идет, то еще не найден катализатор».
Подведем итог.
Сформулируем основные положения теории «Вода - кислота» :
Молекула воды по свойствам — слабая (очень слабая) кислота.
Вода настолько слабая, что проявляет амфотерные свойства и у нее нейтральная реакция среды.
Вода как кислота образует соли - гидроксаты.
К гидроксатам относятся амфотерные и основные гидроксиды.
Формула воды: HOH.
Правильные названия воды: гидроксид водорода, гидроксильная кислота.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Вода (оксид водорода) – бинарное неорганическое соединение.
Химическая формула: Н 2 O
Структурная формула:
Молярная масса: 18,01528 г/моль.
Альтернативные названия : оксид , гидроксид водорода, гидроксильная кислота, монооксид дигидрогена, оксидан, дигидромонооксид.
В молекуле воды атом кислорода находится в состоянии sp 3 –гибридизации, поскольку в образовании гибридных орбиталей участвуют не только валентные электроны, но и неподеленные электронные пары. Гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра:
Вследствие большой разницы электроотрицательностей кислорода и водорода связи в молекуле сильно поляризованы, и происходит смещение электрон ной в сторону . Молекула воды обладает большим дипольным моментом, поскольку полярные связи расположены несимметрично.
С сильной поляризацией связи О – Н связано образование водородных связей между молекулами воды. Каждая молекула воды может образовывать до четырёх водородных связей – две из них образует атом кислорода, а еще две – атомы водорода:
Образование водородных связей определяет более высокую температуру кипения, вязкость и поверхностное натяжение воды по сравнению с гидридами аналогов ( селена и теллура).
Изотопные модификации воды
В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в состав молекулы, выделяют следующие изотопные модификации воды :
С учетом того, что у кислорода три стабильных изотопа (16 O, 17 O и 18 O), можно составить 18 формул молекул воды, различающихся изотопным составом. Как правило, природная вода содержит все эти разновидности молекул.
Примеры решения задач по теме «формула воды»
ПРИМЕР 1
| Задание | В радиатор автомобиля залили 9 л воды и добавили 2 л метилового с плотностью 0,8 г/мл. При какой минимальной температуре можно теперь оставить автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет (криоскопическая константа воды равна 1,86 К кг/моль)? |
| Решение | По закону Рауля понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов неэлектролитов равно:
где: – понижение температуры замерзания раствора; К cr – криоскопическая постоянная растворителя; C m – моляльная концентрация раствора; m B – масса растворенного вещества; m A – масса растворителя; M B – молярная масса растворенного вещества. Масса метилового спирта равна: Масса воды равна: Молярная масса метилового спирта равна 32г/моль Рассчитаем изменение температуры замерзания: |
| Ответ | Автомобиль можно оставлять на улице при температуре выше –10,3°С |
ПРИМЕР 2
| Задание | Сколько граммов Na 2 SO 4 10H 2 O следует растворить в 250 г воды для получения раствора, содержащего 5% безводной ? |
| Решение | Молярная масса Na 2 SO 4 равна:
Молярная масса кристаллогидрата: Обозначим количество (моль) растворенной соли как х. Тогда раствора будет равна: Масса безводной соли в готовом растворе будет равна: |
1,000 г/см3 (3,98шC), tпл 0шC, tкип 100шC; при замерзании образует лед. Одно из наиболее распространенных соединений в природе (количество воды на поверхности Земли 1,39?1018 т, в атмосфере 1,3?1013 т); известны изотопные разновидности (смотри Тяжелая вода). Вода входит в состав многих минералов и горных пород, всех живых организмов (45 - 98%, в том числе в организме человека около 60% массы тела), присутствует в почве. Обязательный компонент практически всех технологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Вода особой чистоты необходима в производстве продуктов питания, полупроводников, люминофоров, в ядерной технике, химическом анализе и др. Как лечебные применяют природные воды, содержащие повышенное количество минеральных солей, газы, некоторые химические элементы (смотри Минеральные воды).
Современная энциклопедия . 2000 .
Смотреть что такое "ВОДА, H2O" в других словарях:
Вода - получить на Академике рабочий купон на скидку Технопарк или выгодно вода купить с бесплатной доставкой на распродаже в Технопарк
H2O: Just Add Water … Википедия
Вода - ВОДА, H2O, жидкость без запаха, вкуса и цвета; плотность 1,000 г/см3 (3,98°C), tпл 0°C, tкип 100°C; при замерзании образует лед. Одно из наиболее распространенных соединений в природе (количество воды на поверхности Земли 1,39´1018 т, в атмосфере … Иллюстрированный энциклопедический словарь
вода - вода, H2O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая). Простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом (11,19% Н и 88,81% О по массе). Плотность 1000 г/см3 (3,98ºC), tпл 0ºС, tкип 100ºC. Самое распространённое вещество … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
Содержание 1 Эпизоды 2 Обзор сезонов 3 Список серий 3.1 … Википедия
Хим. соединение водорода и кислорода. Весовой состав ее: 11,19% Н и 88,81% О. Молекулярная масса 18,0153. В молекуле В. имеется 10 электронов (5 пар): одна пара внутренних электронов расположена вблизи ядра кислорода, две пары внешних электронов… … Геологическая энциклопедия
ВОДА - вода, окись водорода, H2O, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% Н и 88,81% О по массе). Молекулярная масса 18,0160, t замерзания 0°C (при 1 ат), t кипения 100ºC (при 1 ат), плотность при… … Ветеринарный энциклопедический словарь
вода (вещество) - — EN water (substance) Common liquid (H2O) which forms rain, rivers, the sea, etc., and which makes up a large part of the bodies of organisms. (Source: PHC)… … Справочник технического переводчика
вода адсорбційна - вода адсорбционная adsorbtion water Adsorptionswasser молекули H2O, які притягаються мінералами під впливом поверхневої енергії … Гірничий енциклопедичний словник
ВОДА - H2O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая). Простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом (11,19% Н и 88,81% О по массе). Плота. 1000 г/см3 (3,98 °С), tпл 0 °С, tкип 100 °С. Самое распространённое в во в природе … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
Окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях… … Большая советская энциклопедия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Вода – оксид водорода – бинарное соединение неорганической природы.
Формула – H 2 O. Молярная масса – 18 г/моль. Может существовать в трех агрегатных состояниях – жидком (вода), твердом (лед) и газообразном (водяной пар).
Химические свойства воды
Вода – наиболее распространенный растворитель. В растворе воды существует равновесие, поэтому воду называют амфолитом:
H 2 O ↔ H + + OH — ↔ H 3 O + + OH — .
Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:
H 2 O = H 2 + O 2 .
При комнатной температуре вода растворяет активные металлы с образованием щелочей, при этом также происходит выделение водорода:
2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2 .
Вода способна взаимодействовать с фтором и межгалоидными соединениями, причем во втором случае реакция протекает при пониженных температурах:
2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2 .
3H 2 O +IF 5 = 5HF + HIO 3 .
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, подвергаются гидролизу при растворении в воде:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S.
Вода способна растворять некоторые вещества металлы и неметаллы при нагревании:
4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2 ;
H 2 O + C ↔ CO + H 2 .
Вода, в присутствии серной кислоты, вступает в реакции взаимодействия (гидратации) с непредельными углеводородами – алкенами с образованием предельных одноатомных спиртов:
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.
Физические свойства воды
Вода – прозрачная жидкость (н.у.). Дипольный момент – 1,84 Д (за счет сильного различия электроотрицательностей кислорода и водорода). Вода обладает самым высоким значением удельной теплоемкости среди всех веществ в жидком и твердом агрегатном состояних. Удельная теплота плавления воды – 333,25 кДж/кг (0 С), парообразования – 2250 кДж/кг. Вода способна растворять полярные вещества. Вода обладает высоким поверхностным натяжением и отрицательным электрическим потенциалом поверхности.
Получение воды
Воду получают по реакции нейтрализации, т.е. реакции взаимодействия между кислотами и щелочами:
H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + H 2 O;
HNO 3 + NH 4 OH = NH 4 NO 3 + H 2 O;
2CH 3 COOH + Ba(OH) 2 = (CH 3 COO) 2 Ba + H 2 O.
Один из способов получения воды – восстановление металлов водородом из их оксидов:
CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Сколько воды надо взять, чтобы из 20%-го раствора уксусной кислоты приготовить 5%-й раствор? |
| Решение |
Согласно определению массовой доли вещества 20%-й раствор уксусной кислоты представляет собой 80 мл растворителя (воды) 20 г кислоты, а 5%-й раствор уксусной кислоты представляет собой 95 мл растворителя (воды) 5 г кислоты.
Составим пропорцию: x = 20 × 95 /5 = 380. Т.е. в новом растворе (5%-м) содержится 380 мл растворителя. Известно, что первоначальный раствор содержал 80 мл растворителя. Следовательно, чтобы получить 5%-й раствор уксусной кислоты из 20%-го раствора нужно добавить: 380-80 = 300 мл воды. |
| Ответ | Необходимо 300 мл воды. |
ПРИМЕР 2
| Задание | При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36л углекислого газа (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность органического вещества по водороду равна 16. Определите формулу органического вещества. |
| Решение |
Молярные массы углекислого газа и воды, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 44 и 18 г/моль, соответственно. Рассчитаем количество вещества продуктов реакции:
n(СО 2) = V(СО 2) / V m ; n(Н 2 О) = m(Н 2 О) / M(Н 2 О); n(СО 2) = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль; n(Н 2 О) = 5,4 / 18 = 0,3 моль. Учитывая, что в составе молекулы СО 2 один атом углерода, а в составе молекулы Н 2 О – 2 атома водорода, количество вещества и массы этих атомов будут равны: n(С) = 0,15 моль; n(Н) = 2×0,3 моль; m(C) = n(С)× M(C) = 0,15 × 12 = 1,8 г; m(Н) = n(Н)× M(Н) = 0,3 × 1 = 0,3 г. Определим, есть ли в составе органического вещества кислород: m(O) = m(C x H y O z) – m(C) – m(H) = 4,8 – 0,6 – 1,8 = 2,4 г. Количество вещества атомов кислорода: n(O) = 2,4 / 16 = 0,15 моль. Тогда, n(C): n(Н): n(O) = 0,15: 0,6: 0,15. Разделим на наименьшее значение, получим n(C):n(Н): n(O) = 1: 4: 1. Следовательно, формула органического вещества CH 4 O. Молярная масса органического вещества рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 32 г/моль. Молярная масса органического вещества, рассчитанная с использованием величины его плотности по водороду: M(C x H y O z) = M(H 2) × D(H 2) = 2 × 16 = 32 г/моль. Если формулы органического вещества выведенного по продуктам сгорания и с использованием плотности по водороду различаются, то отношение молярных масс будет больше 1. Проверим это: M(C x H y O z) / M(CH 4 O) = 1. Следовательно, формула органического вещества CH 4 O. |
| Ответ | Формула органического вещества CH 4 O. |
