Вода. Химические и физические свойства

Молекула воды имеет уголковую форму — в ви­де равнобедренного треугольника. Угол между атомами углерода равен 104^о45′:

Общие электронные пары смещены к более электроотри­цательному атому кислорода, поэтому на кислороде скапливается отрицательный заряд, а атомы водорода приобретают положительные заряды. Следовательно, молекула воды – это диполь, на одном полюсе которого положительный заряд, а на другом отрицательный:

Между молекулами воды образуются водородные связи, наличием которых объясняется неограниченная растворимость некоторых веществ в воде (кислоты, этиловый спирт и т.д.):

Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вку­са. В тонком слое она бесцветна, а в слое толщиной 2 м и бо­лее имеет голубоватый оттенок.

Природная вода всегда содержит примеси, главным обра­зом соли кальция и магния, которые обусловливают жест­кость воды. Временную, или карбонатную жесткость воды опреде­ляют содержащиеся в ней растворимые гидрокарбонаты Са²⁺ и Mg²⁺. Такую жесткость устраняют:

1. Кипячением

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃ + СО₂ + Н₂О;

2. Добавлением известкового молока

Са(НСO₃)₂ + Са(ОН)₂ → 2СаСO₃ + 2Н₂O.

Постоянную, или некарбонатную жесткость воды, ко­торую определяют содержащиеся в ней хлориды, сульфаты, нитраты и другие растворимые соединения кальция и маг­ния, устраняют добавлением соды:

Са²⁺ + Na₂СО₃ → СаСO₃ + 2Na⁺

Для научных исследований, в медицине, для заливки в систему охлаждения автомобилей и других целей использу­ют дистиллированную воду (полученную в результате пере­гонки). Особо чистую воду получают многократной перегон­кой в кварцевой аппаратуре, а абсолютно чистую — синтезом из водорода и кислорода.

Для воды характерны как окислительно-восстановитель­ные свойства, так и реакции, протекающие без изменения степеней окисления водорода и кислорода.

1. Окислительные свойства воды проявляются в реакциях с металлами. Щелочные и щелочноземельные металлы взаи­модействуют с водой при обычных условиях с образованием щелочи и водорода:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂

Магний реагиру­ет с водой или в виде мелкого порошка, или при нагревании:

Mg + 2Н₂О → Mg(OH)₂ + Н₂.

Алюминий вступает в реакцию с водой лишь при усло­вии, что его поверхность будет освобождена от плотной ок­сидной пленки:

2А1 + 6Н₂О → 2А1(ОН)₃ + 3Н₂.

Остальные металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода, взаимодействуют с водой лишь при значительном нагревании с образованием оксида металла и водорода:

Zn + Н₂О → ZnO + Н₂;

3Fe + 4Н₂О → Fe₃О₄ + 4Н₂.

2. Восстановительные свойства воды проявляются в реак­циях с галогенами:

2Н₂О + 2F₂ → 4HF + О₂

3. Некоторые вещества (чаще всего соли) вступают с водой в реакции гидролиза. Обратимый гидролиз солей был рассмотрен в лекции 14. Гидролиз может быть и необратимым, когда в результате образуется газ или малодиссоциирующее вещество:

СаН₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + 2Н₂↑

Mg₂Si + 4Н₂О → 2Mg(OH)₂ + SiH₄↑

A1₂S₃ + 6Н₂О → 2А1(ОН)₃↓ + 3H₂S↑

4. В органической и неорганической химии широко распро­странены реакции гидратации, т. е. реакции присоединения воды. Так при взаимодействии этилена с водой образуется этиловый спирт:

СН₂=СН₂ + Н₂О → С₂Н₅ОН,

а при взаимодействии кислотных и основных оксидов образуются соответственно кислоты и основания:

Р₂О₅ + 3Н₂О → 2Н₃РО₄.

СаО + Н₂О → Са(ОН)₂;