Печатать эту главуПечатать эту главу

§ 33. Водородные соединения кислорода и серы

Вода

Вода — второе по распространённости на Земле химическое соединение. Запасы воды на Земле оцениваются в 1,4 млрд км3. Она составляет от 50 до 99 % массы растений, животных, человека.

Строение молекулы. Молекула воды имеет угловое строение, которое определяют четыре электронные орбитали внешнего электронного слоя атома кислорода: две из них образуют ковалентные полярные связи с атомами водорода, другие две содержат неподелённые электронные пары (рис. 77). Как вам известно, угол между направлениями связей Н—О в молекуле водяного пара составляет 104,5° и молекулы представляют собой диполи (§ 14, рис. 33).

img
Рис. 77. Строение молекулы воды: а — электронно-графическая схема образования связей, б — электронная формула и угловое строение, в — масштабная и шаростержневая модели

Особенности физических свойств. Вода не имеет цвета, вкуса, запаха, обладает высокой теплоёмкостью. Вода существует в природе в трёх агрегатных состояниях (жидком, твёрдом, газообразном). Её температура плавления — 0 °С, кипения — 100 °С при p = 101,325 кПа. Между молекулами воды в жидком и твёрдом состояниях существуют прочные водородные связи (25 кДж/моль) (§ 17, рис. 43).

Вода, являясь очень слабым электролитом, практически не проводит электрический ток. На ионы распадаются приблизительно две молекулы из миллиарда (при 25 °С): straight Н subscript 2 straight О space rightwards arrow over leftwards arrow space straight Н to the power of plus space plus space ОН to the power of –.

Химические свойства воды. Вода вступает в реакции со многими веществами как при комнатной температуре, так и при нагревании: металлами, основными и кислотными оксидами, органическими веществами. Рассмотрим некоторые особенности этих взаимодействий.

1. Характер взаимодействия воды с металлами зависит от активности металла. Так, щелочные и щёлочноземельные (Са, Ва, Sr, Ra) металлы реагируют при комнатной температуре с образованием водорода и щёлочи:

2 Na space plus space 2 stack straight H subscript 2 with plus 1 on top straight O space equals space space 2 NaOH space plus space straight H with 0 on top subscript 2 not stretchy upwards arrow semicolon
Са space plus space 2 straight H with plus 1 on top subscript 2 straight О space equals space Са left parenthesis ОН right parenthesis subscript 2 not stretchy downwards arrow space plus space straight H with 0 on top subscript 2 not stretchy upwards arrow.

img

Большинство металлов, расположенных в ряду активности между алюминием и водородом, вступают в реакцию с парами воды с образованием водорода и оксидов металлов. Металлы, расположенные после водорода, ни при каких условиях с водой не реагируют. Более детально вы изучите реакции взаимодействия металлов с водой в главе 7.

2. Взаимодействие воды с кислотными оксидами приводит к образованию кислот:

SO3 + H2O = H2SO4.

3. Основные оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов в реакциях с водой образуют щёлочи:

СаО + Н2О = Са(ОН)2↓.

4. С органическими веществами вода вступает в реакции гидратации (ненасыщенных соединений) и гидролиза (сложных эфиров, углеводов, белков). Например:

СН subscript 2 equals СН subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O space not stretchy rightwards arrow with straight H subscript 3 PO subscript 4 comma italic space t comma space p on top space СН subscript 3 СН subscript 2 ОН semicolon
СН subscript 3 СООС subscript 2 straight Н subscript 5 space plus space straight Н subscript 2 straight О stack space not stretchy rightwards arrow over leftwards arrow space with space straight H to the power of plus comma italic space t on top СН subscript 3 СООН space plus space straight С subscript 2 straight Н subscript 5 ОН.

img

Гидролиз белков, ди- и полисахаридов, жиров — это первый этап усвоения (переваривания) пищи.

ul

5. Вода вступает в реакции с галогенами. Фтор окисляет кислород в молекуле воды:

2H2O + 2F2 = 4HF + O2↑.

Реакции с хлором и бромом протекают обратимо с образованием двух кислот, в одной из которых степень окисления атома галогена повышена, а в другой понижена:

Сl with 0 on top subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O space stack rightwards arrow over leftwards arrow space straight H Cl with plus 1 on top straight O with хлорноватистая
кислота below stack space plus space straight H Cl with negative 1 on top semicolon with хлороводородная
кислота below

stack straight B with 0 on top straight r subscript 2 space with blank on top plus space straight H subscript 2 straight O stack space rightwards arrow over leftwards arrow space straight H Br with plus 1 on top straight O with бромноватистая
кислота below plus space stack straight H Br with negative 1 on top. with table attributes columnalign right center left columnspacing 0px end attributes row blank blank бромоводородная row blank blank кислота end table below

6. С ионными гидридами металлов вода выступает в качестве окислителя:

NaH + H2O = NaOH + H2↑.

7. Соли слабых кислот и соли неактивных металлов, а также соли аммония в водной среде подвергаются гидролизу (см. § 27.1.):

СН3СОО + НОН rightwards arrow over leftwards arrow СН3СООН + ОН;

 Сu to the power of 2 plus end exponent to the power of blank plus space HOH space rightwards arrow over leftwards arrow space CuOH to the power of plus space plus space straight H to the power of plus semicolon

 NH subscript 4 superscript plus space plus space HOH space rightwards arrow over leftwards arrow space NH subscript 3 space bold · bold space straight H subscript 2 straight O space plus space straight H to the power of plus.