Значення h2o. Хімічні та фізичні властивості води. Аномальні властивості води

Хімія вивчає склад води, елементи з яких складається вода. Хіміки вивчають як вода вступає в реакцію з різними речовинами, так відбувається реакція, що утворюється в результаті.

Вода - дуже активну в хімічному відношенні речовина.

Хімічні властивості води:

1) Вода реагує з багатьма металами з виділенням водню:

2Na + 2H 2 O \u003d H 2 + 2NaOH (бурхливо)

2K + 2H 2 O \u003d H 2 + 2KOH (бурхливо)

3Fe + 4H 2 O \u003d 4H 2 + Fe 3 O 4 (тільки при нагріванні)

Не всі, а тільки досить активні метали можуть брати участь в окисно-відновних реакціях цього типу. Найбільш легко реагують лужні і лужноземельні метали I і II груп.

з неметалів з водою реагують, наприклад, вуглець і його водневе з'єднання (Метан). Ці речовини набагато менш активні, ніж метали, але все ж здатні реагувати з водою при високій температурі:

C + H 2 O \u003d H 2 + CO (при сильному нагріванні)

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 (при сильному нагріванні)

2) Вода розкладається на водень і кисень при дії електричного струму. Це також окисно-відновна реакція, де вода є одночасно і окислювачем, і відновником:

3) Вода реагує з багатьма оксидами неметалів. На відміну від попередніх, ці реакції не окислювально-відновні, а реакції з'єднання:

4) Деякі оксиди металів також можуть вступати в реакції з'єднання з водою. Приклади таких реакцій ми вже зустрічали:

Не всі оксиди металів здатні реагувати з водою. Частина з них практично не розчинна у воді і тому з водою не реагує. Такі оксиди - Це ZnO, TiO 2, Cr 2 O 3, з яких готують, наприклад, стійкі до води фарби. Оксиди заліза також не розчинні у воді і не реагують з нею.

5) Вода утворює численні з'єднання, в яких її молекула повністю зберігається. Це так звані гідрати. Якщо гідрат кристалічний, то він називається кристалогідрат. наприклад:

Наведемо інші приклади утворення гідратів:

H 2 SO 4 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 . H 2 O (гідрат сірчаної кислоти)

NaOH + H 2 O \u003d NaOH . H 2 O (гідрат їдкого натру)

З'єднання, що зв'язують воду в гідрати і кристалогідрати, використовують в якості осушувачів. З їх допомогою, наприклад, видаляють водяні пари з вологого атмосферного повітря.

6) Особлива реакція води - синтез рослинами крохмалю (C 6 H 10 O 5) n і інших подібних з'єднань (вуглеводів), яка відбувається з виділенням кисню:

6n CO 2 + 5n H 2 O \u003d (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (при дії світла)

Вода - унікальне речовина, основа всіх живих організмів на планеті. Вона може набувати різну форму і перебувати в трьох станах. Які основні фізичні і хімічні властивості води? Саме про них піде мова в нашій статті.

Вода - це ...

Вода - це найпоширеніше на нашій планеті неорганічне з'єднання. Фізичні та хімічні властивості води визначаються складом її молекул.

Так, в структурі молекули води міститься два атоми водню (Н) і один атом кисню (О). У нормальних умовах зовнішнього середовища це несмачна рідина без запаху і забарвлення. Вода також може знаходитися в інших станах: у вигляді пари або ж у формі льоду.

Понад 70% нашої планети покрито саме водою. Причому близько 97% припадає на моря і океани, тому велика її частина не годиться для вживання людиною. Про те, які основні хімічні властивості питної води - ви дізнаєтеся далі.

Вода в природі та житті людини

Вода - обов'язковий компонент будь-якого живого організму. Зокрема, людський організм, Як відомо, більш ніж на 70% складається саме з води. Більш того, вчені припускають, що саме в цьому середовищі зародилося життя на Землі.

Вода міститься (у формі водяної пари або крапель) в різних шарах атмосфери. На поверхню землі з атмосфери вона потрапляє у вигляді дощу або інших опадів (снігу, роси, граду, інею) за допомогою процесів конденсації.

Вода виступає об'єктом досліджень для цілого ряду наукових дисциплін. Серед них - гідрологія, гідрографія, гідрогеологія, лимнология, гляциология, океанологія і інші. Всі ці науки, так чи інакше, вивчають фізичні, а також хімічні властивості води.

Вода активно використовується людиною в його господарській діяльності, зокрема:

• для вирощування сільськогосподарських культур;
• в промисловості (в якості розчинника);
• в енергетиці (як теплоносій);
• для гасіння пожеж;
• в кулінарії;
• в фармації і так далі.

Зрозуміло, щоб ефективно використовувати цю речовину в господарської діяльності, Слід детально вивчити хімічні властивості води.

різновиди води

Як уже згадувалося вище, вода в природі може перебувати в трьох станах: рідкому (власне, вода), твердому (кристали льоду) і газоподібному (пара). Вона також може набувати будь-які форми.

Існує кілька видів води. Так, в залежності від вмісту катіонів Са і Na, вода може бути:

• жорстка;
• м'яка.

• прісна;
• мінеральна;
• солонувата.

В езотериці і деяких релігіях буває вода:

• мертва;
• жива;
• святая.

У хімії також існують такі поняття, як дистильована і деіонізірованная вода.

Формула води і її біологічне значення

Оксид водню - так називають цю речовину хіміки. Формула води наступна: H 2 O. Вона означає, що ця сполука складається з одного атома кисню і двох атомів водню.

Унікальні хімічні властивості води визначили її виняткову роль для життя живих організмів. Саме завдяки воді біологічне життя існує на нашій планеті.

Унікальна особливість води полягає в тому, що вона прекрасно розчиняє в собі величезну кількість інших речовин (як органічного, так і неорганічного походження). Важливе наслідок цієї особливості полягає в тому, що всі хімічні реакції в живих організмах протікають досить швидко.

Крім цього, завдяки унікальним властивостям води, вона перебуває саме в рідкому стані, При вкрай широкому температурному діапазоні.

Фізичні властивості води

Завдяки унікальним водневим зв'язкам, вода, при стандартних умовах середовища, знаходиться в рідкому стані. Цим пояснюється вкрай висока температура кипіння води. Якби молекули речовини не були пов'язані цими водневими зв'язками, то вода закипала б при +80 градусах, а замерзала - аж при -100 градусах.

Вода закипає при +100 градусах за Цельсієм, а замерзає - при нулі градусів. Правда, при певних, специфічних умовах вона може почати замерзати і при плюсових значеннях температури. При замерзанні вода збільшується в своєму обсязі (за рахунок зменшення щільності). До речі, це чи не єдина речовина в природі, що володіє подібною фізичною властивістю. Крім води, при замерзанні розширюється лише вісмут, сурма, германій і галій.

Речовина також характеризується високою в'язкістю, а також досить сильним поверхневий натяг. Вода - відмінний розчинник для полярних речовин. Також слід знати, що вода дуже добре проводить через себе електрику. Ця особливість пояснюється тим, що в воді майже завжди знаходиться велика кількість іонів розчинених в ній солей.

Хімічні властивості води (8 клас)

Молекули води мають вкрай високу полярність. Тому ця речовина в реальності полягає не тільки з простих молекул виду H 2 O, а й зі складних агрегатів (формула - (H 2 O) n).

У хімічному плані вода дуже активна, вона вступає в реакції з багатьма іншими речовинами, навіть при звичайних температурах. При взаємодії з оксидами лужних, а також лужноземельних металів, вона утворює підстави.

Вода також здатна розчиняти в собі широкий спектр хімічних речовин - солі, кислоти, підстави, деякі гази. За це властивість її часто називають універсальним розчинником. Всі речовини, в залежності від того, розчиняються вони в воді чи ні, прийнято ділити на дві групи:

• гідрофільні (добре розчиняються у воді) - солі, кислоти, кисень, вуглекислий газ і т. д .;
• гідрофобні (погано розчиняються у воді) - жири і масла.

Вода також вступає в хімічні реакції і з деякими металами (наприклад, з натрієм), а також бере участь в процесі фотосинтезу рослин.

На закінчення...

Вода - найпоширеніше серед неорганічних речовин на нашій планеті. Вона міститься практично скрізь: на земній поверхні і в її надрах, в мантії і в гірських породах, в високих шарах атмосфери і навіть в космосі.

Хімічні властивості води визначені її хімічним складом. Її відносять до групи хімічно активних речовин. З багатьма речовинами вода вступає в

, Гіпс і ін.), Присутній в грунті, є обязат. компонентом всіх живих організмів.

Ізотопний склад.Існує 9 стійких ізотопних різновидів води. Зміст їх в прісній воді в середньому наступне (мол.%): 1 Н2 16 Про - 99,13; 1 Н2 18 О - 0,2; 1 Н2 17 0-0,04; 1 Н 2 О 16 О-0,03; інші п'ять ізотопних різновидів присутні у воді в незначних кол-вах. Крім стабільних ізотопних різновидів, у воді міститься невелика кількість радіоактивного 3 Н 2 (або Т 2 О). Ізотопний склад природної води різного походження дек. варіює. Особливо не постійно ставлення 1 Н / 2 Н: в прісних водах - в середньому 6900, в морській воді -5500, в льодах - 5500-9000. За фіз. властивостям D 2 O помітно відрізняється від звичайної воді (див. Важка вода). Вода, що містить 18 О, по св-вам ближче до води з 16 О.

Фіз. властивості води аномальні. Плавлення льоду при атм. тиску супроводжується зменшенням об'єму на 9%. Температурний коеф. об'ємного розширення льоду і рідкої води від'ємний при т-pax соотв. нижче -210 ° С і 3,98 ° С. Теплоємність С ° при плавленні зростає майже вдвічі і в інтервалі 0-100 ° С майже не залежить від т-ри (мається мінімум при 35 ° С). Мінімум з-тримаючи. стисливості (44,9 * 10 -11 Па -1), що спостерігається при 46 ° С, виражений досить чітко. При низькому тиску і т-рах до 30 ° С в'язкість води з ростом тиску падає. Високі діелектричної. проникність і діпол'ний момент води визначають її хорошу розчиняють здатність по відношенню до полярних і іоногенні в-вам. Завдяки високим значенням С °, і вода-важливий регулятор климатич. умов на землі, стабілізуючий т-ру на її пов-сті. Крім того, близькість кута Н-О-Н до тетраєдраїческому (109 ° 28 ") обумовлює рихлість структур льоду і рідкої води і, як наслідок, аномальну залежність щільності від т-ри. Тому не промерзають до дна великі водойми, що робить можливим існування в них життя.

Табл. 1 - властивості ВОДИ І ВОДЯНОГО ПАРА, що знаходиться в рівновазі

Але щільність модифікацій II-VI значно нижча за ту, до-рій міг би володіти лід при щільній упаковці молекул. Тільки в модифікаціях VII і VIII досягається досить висока щільність упаковки: в їх структурі дві правильні сітки, побудовані з тетраедрів (аналогічні існуючим в кубич. Низькотемпературному льоді Iс, ізоструктурні алмазу), вставлені одна в іншу; при цьому зберігається система прямолінійних водневих зв'язків, а координац. число по кисню подвоюється і досягає 8. Розташування атомів кисню в льодах VII і VIII подібно розташуванню атомів вжелезе і багатьох ін. металах. У звичайному (Ih) і кубічному (Іс) льодах, а також в льодах HI, V-VII орієнтація молекул не визначена: обидва найближчих до атому Про протона утворюють з ним ковалентні зв'язки, к-які м. Б. спрямовані до будь-яких двох з чотирьох сусідніх атомів кисню в вершинах тетраедра. Діелектричної. проникність цих модифікацій висока (вище, ніж у рідкої води). Модифікації II, VIII і IX ориентационно впорядковані; їх діелектричної. проникність низька (бл. 3). Лід VIII є упорядкований за розміщення протонів варіант льоду VII, а лід IX - льоду III. Щільності ориентационно упорядкованих модифікацій (VIII, IX) близькі до плотностям відповідних невпорядкованих (VII, III).

Вода як розчинник. Вода добре розчиняє мн. полярні і диссоциирующие на іони в-ва. Зазвичай р-рімость зростає зі збільшенням т-ри, але іноді температурна залежність має більш складний характер. Так, р-рімость мн. сульфатів, карбонатів і фосфатів при підвищенні т-ри зменшується або спочатку підвищується, а потім проходить через максимум. Р-рімость малополярних в-в (в т. Ч. Газів, що входять до складу атмосфери) в воді низька і при підвищенні т-ри зазвичай спочатку знижується, а потім проходить через мінімум. З ростом тиску р-рімость газів зростає, проходячи при високому тиску через максимум. Багато в-ва, розчиняючись у воді, реагують з нею. Напр., В р-рах NH 3 можуть бути присутніми іони NH 4 (див. Також Гідроліз). Між розчиненими у воді іонами, атомами, молекулами, які не вступають з нею в хім. р-ції, і

ВИЗНАЧЕННЯ

Вода (оксид водню) - бінарне неорганічне з'єднання.

Хімічна формула: Н 2 O

Структурна формула:

Молярна маса: 18,01528 г / моль.

альтернативні назви: Оксид, гідроксид водню, гидроксильная кислота, монооксид дігідрогена, оксідан, дігідромонооксід.

У молекулі води атом кисню знаходиться в стані sp 3-гібридизації, оскільки в освіті гібридних орбіталей беруть участь не тільки валентні електрони, а й неподіленого електронні пари. Гібридні орбіталі спрямовані до вершин тетраедра:

Внаслідок великої різниці електронегативності кисню і водню зв'язку в молекулі сильно поляризовані, і відбувається зміщення електрон ної в сторону. Молекула води має великий дипольниммоментом, оскільки полярні зв'язку розташовані несиметрично.

З сильною поляризацією зв'язку О - Н пов'язано освіту водневих зв'язків між молекулами води. Кожна молекула води може утворювати до чотирьох водневих зв'язків - дві з них утворює атом кисню, а ще дві - атоми водню:

Освіта водневих зв'язків визначає більш високу температуру кипіння, в'язкість і поверхневий натяг води в порівнянні з гідридами аналогів (селену і телуру).

Ізотопні модифікації води

Залежно від типу ізотопів водню, що входять до складу молекули, виділяють наступні ізотопні модифікації води:

З урахуванням того, що у кисню три стабільних ізотопу (16 O, 17 O і 18 O), можна скласти 18 формул молекул води, що розрізняються ізотопним складом. Як правило, природна вода містить всі ці різновиди молекул.

Приклади розв'язання задач за темою «формула води»

ПРИКЛАД 1

завдання	В радіатор автомобіля залили 9 л води і додали 2 л метилового з щільністю 0,8 г / мл. При якій мінімальній температурі можна тепер залишити автомобіль на відкритому повітрі, Не побоюючись, що вода в радіаторі змерзне (кріоскопічна константа води дорівнює 1,86 К кг / моль)?
Рішення	Згідно із законом Рауля зниження температури кристалізації розбавлених розчинів неелектролітів одно: де: - зниження температури замерзання розчину; До cr - кріоскопічна постійна розчинника; C m - моляльна концентрація розчину; m B - маса розчиненої речовини; m A - маса розчинника; M B - молярна маса розчиненої речовини. Маса метилового спирту дорівнює: Маса води дорівнює: Молярна маса метилового спирту дорівнює 32г / моль Розрахуємо зміну температури замерзання:
відповідь	Автомобіль можна залишати на вулиці при температурі вище -10,3 ° С

ПРИКЛАД 2

завдання	Скільки грамів Na 2 SO 4 10H 2 O слід розчинити в 250 г води для отримання розчину, що містить 5% безводної?
Рішення	Молярна маса Na 2 SO 4 дорівнює: Молярна маса кристалогідрату: Позначимо кількість (моль) розчиненої солі як х. Тоді розчину дорівнюватиме: Маса безводної солі в готовому розчині дорівнюватиме:

ВИЗНАЧЕННЯ

вода - оксид водню - бінарна сполука неорганічної природи.

Формула - H 2 O. Молярна маса - 18 г / моль. Може існувати в трьох агрегатних станах - рідкому (вода), твердому (лід) і газоподібному (водяна пара).

Хімічні властивості води

Вода - найбільш поширений розчинник. У розчині води існує рівновага, тому воду називають амфолітом:

H 2 O ↔ H + + OH - ↔ H 3 O + + OH -.

Під дією електричного струму вода розкладається на водень і кисень:

H 2 O \u003d H 2 + O 2.

При кімнатній температурі вода розчиняє активні метали з утворенням лугів, при цьому також відбувається виділення водню:

2H 2 O + 2Na \u003d 2NaOH + H 2.

Вода здатна взаємодіяти з фтором і межгалоіднимі сполуками, причому в другому випадку реакція протікає при знижених температурах:

2H 2 O + 2F 2 \u003d 4HF + O 2.

3H 2 O + IF 5 \u003d 5HF + HIO 3.

Солі, утворені слабкою основою і слабкою кислотою, піддаються гідролізу при розчиненні в воді:

Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S.

Вода здатна розчиняти деякі речовини метали і неметали при нагріванні:

4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2;

H 2 O + C ↔ CO + H 2.

Вода, в присутності сірчаної кислоти, вступає в реакції взаємодії (гідратації) з неграничними вуглеводнями - алкенами з утворенням граничних одноатомних спиртів:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.

Фізичні властивості води

Вода - прозора рідина (н.у.). Дипольний момент - 1,84 Д (за рахунок сильного відмінності електроотріцательностей кисню і водню). Вода володіє найвищим значенням питомої теплоємності серед всіх речовин в рідкому і твердому агрегатному станах. питома теплота плавлення води - 333,25 кДж / кг (0 С), пароутворення - 2250 кДж / кг. Вода здатна розчиняти полярні речовини. Вода має високий поверхневий натяг і негативним електричним потенціалом поверхні.

отримання води

Воду отримують по реакції нейтралізації, тобто реакції взаємодії між кислотами і лугами:

H 2 SO 4 + 2KOH \u003d K 2 SO 4 + H 2 O;

HNO 3 + NH 4 OH \u003d NH 4 NO 3 + H 2 O;

2CH 3 COOH + Ba (OH) 2 \u003d (CH 3 COO) 2 Ba + H 2 O.

Один із способів отримання води - відновлення металів воднем з їх оксидів:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

завдання	Скільки води треба взяти, щоб з 20% -го розчину оцтової кислоти приготувати 5% -й розчин?
Рішення	Згідно з визначенням масової частки речовини 20% -й розчин оцтової кислоти являє собою 80 мл розчинника (води) 20 г кислоти, а 5% -й розчин оцтової кислоти являє собою 95 мл розчинника (води) 5 г кислоти. Складемо пропорцію: x \u003d 20 × 95/5 \u003d 380. Тобто в новому розчині (5% -м) міститься 380 мл розчинника. Відомо, що початковий розчин містив 80 мл розчинника. Отже, щоб отримати 5% -й розчин оцтової кислоти з 20% -го розчину потрібно додати: 380-80 \u003d 300 мл води.
відповідь	Необхідно 300 мл води.

ПРИКЛАД 2

завдання	при згорянні органічної речовини масою 4,8 г утворилося 3,36л вуглекислого газу (Н.у.) і 5,4 г води. Щільність органічної речовини за воднем дорівнює 16. Визначте формулу органічної речовини.
Рішення	Молярні маси вуглекислого газу і води, розраховані з використанням таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва - 44 і 18 г / моль, відповідно. Розрахуємо кількість речовини продуктів реакції: n (СО 2) \u003d V (СО 2) / V m; n (Н 2 О) \u003d m (Н 2 О) / M (Н 2 О); n (СО 2) \u003d 3,36 / 22,4 \u003d 0,15 моль; n (Н 2 О) \u003d 5,4 / 18 \u003d 0,3 моль. З огляду на, що в складі молекули СО2 один атом вуглецю, а в складі молекули Н 2 О - 2 атома водню, кількість речовини та маси цих атомів дорівнюватимуть: n (С) \u003d 0,15 моль; n (Н) \u003d 2 × 0,3 моль; m (C) \u003d n (С) × M (C) \u003d 0,15 × 12 \u003d 1,8 г; m (Н) \u003d n (Н) × M (Н) \u003d 0,3 × 1 \u003d 0,3 м Визначимо, чи є в складі органічної речовини кисень: m (O) \u003d m (C x H y O z) - m (C) - m (H) \u003d 4,8 - 0,6 - 1,8 \u003d 2,4 м Кількість речовини атомів кисню: n (O) \u003d 2,4 / 16 \u003d 0,15 моль. Тоді, n (C): n (Н): n (O) \u003d 0,15: 0,6: 0,15. розділимо на найменше значення, Отримаємо n (C): n (Н): n (O) \u003d 1: 4: 1. Отже, формула органічної речовини CH 4 O. Молярна маса органічної речовини розрахована з використанням таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва - 32 г / моль. Молярна маса органічної речовини, розрахована з використанням величини його щільності за воднем: M (C x H y O z) \u003d M (H 2) × D (H 2) \u003d 2 × 16 \u003d 32 г / моль. Якщо формули органічної речовини виведеного по продуктах згоряння і з використанням щільності за воднем розрізняються, то ставлення молярних мас буде більше 1. Перевіримо це: M (C x H y O z) / M (CH 4 O) \u003d 1. Отже, формула органічної речовини CH 4 O.
відповідь	Формула органічної речовини CH 4 O.