Среда, 19 Июнь 2019

Химические свойства воды

Автор  Опубликовано в Химия воды Среда, 18 Январь 2017 15:09
Оцените материал
(0 голосов)

Вода – уникальное вещество,  без которого не существовала бы жизнь на Земле. Рассмотрим  строение молекул этого вещества и его химические свойства.

 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и с точки зрения номенклатуры химических соединений является оксидом водорода.

Атом кислорода имеет два неспаренных электрона, которые занимают две p-орбитали, расположенные под прямым углом (90о) друг к другу. У каждого атома водорода присутствует 1s-электрон. Угол между связями в молекуле воды близок к 90о и составляет около 105о (в литературе встречаются значения угла в молекуле воды в пределах 104, 4о – 104,5о)

Рисунок 1. Строение молекулы воды
Molekula1   Molekula2   Molekula3
а – проекция на плоскости б - условное изображение в – графическое изображение  

Связь в молекуле воды ковалентная полярная. Электрические «центры тяжести» положительного и отрицательного зарядов в молекуле не совпадают из-за различного пространственного расположения гибридных орбиталей центрального атома, что приводит к образованию диполя молекулы воды  (схематично расположение зарядов показано на рисунке 1, б).  Такое строение молекул воды приводит к тому, что вода является хорошим растворителем для веществ с полярной и ионной связью, водные растворы которых проводят электрический ток, т.е. являются электролитами. Чистая вода, являясь слабым электролитом, плохо проводит электрический ток.

 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ

Вода вступает в реакции с простыми и сложными веществами, благодаря наличию неподеленных пар электронов.

1.    Вода реагирует с металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений до олова. Так, например, вода бурно реагирует со щелочными металлами

2Na + 2H2O = H2+ 2NaOH 

2K + 2H2O = H2+ 2KOH .

С алюминием (при условии, что удалена оксидная пленка) вода вступает в реакцию при кипячении

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑.

А для реакции с железом необходим уже перегретый пар

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 ↑.

Реакции такого типа протекают с изменением степени окисления и называются окислительно-восстановительными.  

2.      Вода непосредственно реагирует с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:

K2O + H2O = 2KOH,

CaO + H2O = Ca(OH)2↓.

3.      Вода вступает в реакцию с большинством кислотных оксидов с образованием кислот:

SO3 + H2O =  H2SO4,

CO2 + H2O = H2CO3,

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.

4.      При электролизе водных растворов хлоридов соответствующих металлов получают щелочи:

2NaCl + 2Н2О → 2NaOH + Н2↑ + С12

5.     Реакция взаимодействия воды с солями носит название гидролиз.

Na2CO3 + H2O → NaHCO3 + NaOH

Al2(SO4)3 + H2O → 2AlOHSO4 + H2SO4

6.    Вода реагирует с углеродом и метаном

Н2О (пар) + С (раскаленный) = СО + Н2

Н2О + СО = СО2 + Н2(катализатор - Fе, 450 °С)

Н2О + СН4 = СО + 3 Н2(1200 - 1400 °С)

7.    Вода входит в состав кристаллогидратов.

 При растворении различных веществ в воде образуются комплексы – гидраты.

Иногда гидратная вода настолько прочно связана с растворенным веществом, что при выделении его из раствора входит в состав его кри­сталлов. Кристаллические вещества, содержащие в своем составе воду, называют кристаллогидратами,а воду, входящую в структуру таких кристаллов, называют кристаллизационной. Состав кристаллогидратов выражают, обычно указывая при формуле вещества число молекул кристаллизационной воды, приходящееся на одну его молекулу. Так, формула кристаллогидрата сульфата меди (II) (медного купороса) CuSO4•5Н2О.Как и раствор сульфата меди (II), кристаллогидрат имеет синий цвет.

Часто одно вещество способно образовывать кристаллогидраты раз­личного состава в зависимости от того, сколько молекул кристаллиза­ционной воды входит в его состав. Например, хлорид кобальта спосо­бен образовывать несколько кристаллогидратов общего состава СоС12•хН2О, где х может принимать значения 6, 4, 2, 1. Причем, в зависимости от числа молекул кристаллизационной воды, кристаллогид­рат обладает различным цветом. Так, раствор СоС12 обладает розово-красным цветом (гидратированные ионы Со2+). Кристаллогидрат СоС12•6Н2О — также розово-красного цвета; СоС12•4Н2О — крас­ного цвета; СоС12•2Н2О — сине-фиолетового; СоС12•Н2О — темно-синего; безводная соль СоС12 — бледно-синего цвета.

 

 

   

Прочитано 894 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии