Химия. 11 класс

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).

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): «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8644;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi»§#1054;§#1053;«/mi»«mo»§#8211;«/mo»«/msup»«/math».

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:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»2«/mn»«mi»Na«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi»NaOH«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8593;«/mo»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi»§#1057;§#1072;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1057;§#1072;«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»§#1054;§#1053;«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8593;«/mo»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

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:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»,«/mo»«mo mathvariant=¨italic¨»§#160;«/mo»«mi»t«/mi»«mo»,«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»p«/mi»«/mrow»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi»§#1054;§#1053;«/mi»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»§#1057;§#1054;§#1054;§#1057;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»5«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo stretchy=¨false¨»§#8644;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»,«/mo»«mo mathvariant=¨italic¨»§#160;«/mo»«mi»t«/mi»«/mrow»«/mover»«msub»«mi»§#1057;§#1053;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mi»§#1057;§#1054;§#1054;§#1053;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»5«/mn»«/msub»«mi»§#1054;§#1053;«/mi»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»