Найважливіша, унікальна за властивостями та складом речовина нашої планети – це, звичайно, вода. Адже саме завдяки їй на Землі життя є, тоді як на інших відомих сьогодні об'єктах Сонячна системаїї немає. Тверда, рідка, як пара - вона потрібна і важлива будь-яка. Вода та її властивості становлять предмет вивчення цілої наукової дисципліни – гідрології.

Кількість води на планеті

Якщо розглядати показник кількості даного оксиду у всіх агрегатних станах, його на планеті близько 75% від загальної маси. При цьому слід враховувати зв'язану воду в органічних сполуках, живих істотах, мінералах та інших елементах.

Якщо враховувати лише рідкий та твердий стан води, показник впаде до 70,8%. Розглянемо, як розподіляються ці відсотки, де міститься речовина, що розглядається.

1. Солоної води в океанах та морях, солончакових озерах на Землі 360 млн км 2 .
2. Прісна вода розподілена нерівномірно: її у льодовиках Гренландії, Арктики, Антарктиди закуто у льоди 16,3 млн км 2 .
3. У прісних річках, болотах та озерах зосереджено 5,3 млн км 2 оксиду водню.
4. Підземні води становлять 100 млн м3.

Саме тому космонавтам із далекого космічного простору видно Землю у формі кулі блакитного кольору з рідкісними вкрапленнями суші. Вода та її властивості, знання особливостей будови є важливими елементами науки. До того ж, у Останнім часомлюдство починає відчувати явну нестачу прісної води. Можливо, такі знання допоможуть у вирішенні цієї проблеми.

Склад води та будова молекули

Якщо розглянути ці показники, то відразу стануть зрозумілими й властивості, які виявляє ця дивовижна речовина. Так, молекула води складається з двох атомів водню та одного атома кисню, тому має емпіричну формулу Н2О. Крім того, при побудові самої молекули велику роль відіграють електрони обох елементів. Подивимося, що являють собою структура води та її властивості.

Очевидно, кожна молекула орієнтована навколо інший, і всі разом вони формують загальну кристалічну решітку. Цікаво те, що оксид побудований у формі тетраедра - атом кисню в центрі, а дві пари електронів його та два атоми водню навколо асиметрично. Якщо провести через центри ядер атомів лінії і з'єднати їх, то вийде тетраедрична геометрична форма.

Кут між центром атома кисню та ядрами водень становить 104,5 0 С. Довжина зв'язку О-Н= 0,0957 нм. Наявність електронних пар кисню, а також його більша порівняно з воднями спорідненість до електрона забезпечують формування молекули негативно зарядженого поля. На противагу йому ядра водень утворюють позитивно заряджену частину сполуки. Отже, виходить, що молекула води - диполь. Це визначає те, якою може бути вода, та її фізичні властивості також залежать від будови молекули. Для живих істот ці особливості відіграють життєво важливу роль.

Основні фізичні властивості

До таких прийнято відносити кристалічну решітку, температури кипіння та плавлення, особливі індивідуальні характеристики. Усі їх і розглянемо.

1. Будова кристалічних ґрат оксиду водню залежить від агрегатного стану. Воно може бути твердим – лід, рідким – основна вода за звичайних умов, газоподібним – пара при підвищенні температури води понад 100 0 С. Гарні візерункові кристали формує лід. Ґрати в цілому пухкі, але з'єднання дуже міцне, щільність низька. Бачити її можна на прикладі сніжинок або морозних візерунківна склі. У звичайної води грати немає постійної форми, вона змінюється і перетворюється з одного стану до іншого.
2. Молекула води у космічному просторі має правильну форму кулі. Однак під дією земної сили тяжкості вона спотворюється і в рідкому стані набуває форми судини.
3. Те, що за структурою оксид водню - диполь, обумовлює такі властивості: висока теплопровідність і теплоємність, яка простежується в швидкому нагріванні та довгому остиганні речовини, здатність орієнтувати навколо себе як іони, так і окремі електрони, з'єднання. Це робить воду універсальним розчинником (як полярним, і нейтральним).
4. Склад води та будова молекули пояснюють здатність цієї сполуки утворювати численні водневі зв'язки, у тому числі з іншими сполуками, що мають неподілені електронні пари (аміак, спирт та інші).
5. Температура кипіння рідкої води – 100 0 С, кристалізація настає при +4 0 С. Нижче цього показника – лід. Якщо збільшувати тиск, то температура кипіння води різко зросте. Так, при високих атмосферах у ній можна розтопити свинець, але вона навіть не закипить (понад 300 0 З).
6. Властивості води дуже значущі живих істот. Наприклад, одне з найважливіших - поверхневий натяг. Це формування найтоншої захисної плівки на поверхні оксиду водню. Йдеться про воду у рідкому стані. Цю плівку розірвати механічною дією дуже складно. Вченими встановлено, що знадобиться сила, що дорівнює вазі 100 тонн. Як її помітити? Плівка очевидна, коли вода капає із крана повільно. Видно, що вона немов у якійсь оболонці, яка розтягується до певної межі та ваги і відривається у вигляді круглої крапельки, трохи спотвореної силою тяжіння. Завдяки поверхневому натягу багато предметів можуть бути на поверхні води. Комахи, що мають спеціальні пристрої, можуть вільно пересуватися по ній.
7. Вода та її властивості аномальні та унікальні. За органолептичними показниками дана сполука - безбарвна рідина без смаку та запаху. Те, що ми називаємо смаком води, це розчинені в ній мінерали та інші компоненти.
8. Електропровідність оксиду водню в рідкому стані залежить від того, скільки і яких солей у ньому розчинені. Дистильована вода, яка містить ніяких домішок, електричний струм не проводить.

Лід – це особливий стан води. У структурі цього стану молекули пов'язані один з одним водневими зв'язками і формують красиві кристалічні грати. Але вона досить нестійка і може розколотися, розтанути, тобто деформуватися. Між молекулами зберігається безліч порожнеч, розміри яких перевищують розміри частинок. Завдяки цьому щільність льоду менша, ніж рідкого оксиду водню.

Це має велике значеннядля річок, озер та інших прісних водойм. Адже в зимовий період вода в них не замерзає повністю, а лише покривається щільною кіркою. легкого льоду, що спливає вгору. Якби дана властивістьне було характерно для твердого стану оксиду водню, то водоймища промерзали б наскрізь. Життя під водою було б неможливим.

Крім того, твердий стан води має велике значення як джерело величезної кількості прісних питних запасів. Це льодовики.

Особливою властивістю води можна назвати явище потрійної точки. Це такий стан, при якому лід, пара та рідина можуть існувати одночасно. Для цього потрібні такі умови, як:

• високий тиск – 610 Па;
• температура 0,010С.

Показник прозорості води залежить від сторонніх домішок. Рідина може бути повністю прозорою, опалесцентною, каламутною. Поглинаються хвилі жовтого та червоного кольорів, глибоко проникають фіолетові промені.

Хімічні властивості

Вода та її властивості – важливий інструмент у розумінні багатьох процесів життєдіяльності. Тому вони вивчені дуже добре. Так, гідрохімію цікавлять вода та її Хімічні властивості. Серед них можна назвати такі:

1. Жорсткість. Це така властивість, яка пояснюється наявністю солей кальцію та магнію, їх іонів у розчині. Поділяється на постійну (солі названих металів: хлоридів, сульфатів, сульфітів, нітратів), тимчасову (гідрокарбонати), яка усувається кип'ятінням. У Росії її воду перед використанням пом'якшують хімічним шляхом для кращої якості.
2. Мінералізація. Властивість, заснована на дипольному моменті оксиду водню. Завдяки його наявності молекули здатні приєднувати себе безліч інших речовин, іонів і утримувати їх. Так формуються асоціати, клатрати та інші об'єднання.
3. Окисно-відновні властивості. Як універсальний розчинник, каталізатор, асоціат вода здатна взаємодіяти з безліччю простих і складних сполук. З одними вона виступає у ролі окислювача, коїться з іншими - навпаки. Як відновник реагує з галогенами, солями, деякими менш активними металами, з багатьма органічними речовинами. Останні перетворення вивчає органічна хімія. Вода та її властивості, зокрема, хімічні, показують, наскільки вона універсальна та унікальна. Як окислювач вона входить у реакції з активними металами, деякими бінарними солями, багатьма органічними сполуками, вуглецем, метаном. Взагалі хімічні реакції за участю даної речовини потребують добору певних умов. Саме від них і залежатиме результат реакції.
4. Біохімічні властивості. Вода є невід'ємною частиною всіх біохімічних процесів організму, будучи розчинником, каталізатором та середовищем.
5. Взаємодія із газами з утворенням клатратів. Звичайна рідка вода може поглинати навіть неактивні хімічні гази та розташовувати їх усередині порожнин між молекулами внутрішньої структури. Такі сполуки прийнято називати клатратами.
6. З багатьма металами оксид водню формує кристалогідрати, в які він включений у незмінному вигляді. Наприклад, мідний купорос (CuSO 4 *5H 2 O), а також звичайні гідрати (NaOH*H 2 O та інші).
7. Для води характерні реакції сполуки, у яких відбувається утворення нових класів речовин (кислот, лугів, основ). Вони не є окисно-відновними.
8. Електроліз. Під впливом електричного струму молекула розкладається складові гази - водень і кисень. Один із способів отримання їх у лабораторії та промисловості.

З погляду теорії Льюїса вода - це слабка кислота та слабка основа одночасно (амфоліт). Тобто можна сказати про якусь амфотерність у хімічних властивостях.

Вода та її корисні властивості для живих істот

Важко переоцінити те значення, яке має оксид водню для живого. Адже вода і є саме джерело життя. Відомо, що без неї людина не змогла б прожити й тижня. Вода, її властивості та значення просто колосальні.

1. Це універсальний, тобто здатний розчиняти і органічні, і неорганічні сполуки, розчинник, що у живих системах. Саме тому вода – джерело та середовище для протікання всіх каталітичних біохімічних перетворень, з формуванням складних життєво важливих комплексних сполук.
2. Здатність утворювати водневі зв'язки робить цю речовину універсальною у витримуванні температур без зміни агрегатного стану. Якби це було не так, то при найменшому зниженні градусів вона перетворювалася б на кригу всередині живих істот, викликаючи загибель клітин.
3. Для людини вода - джерело всіх основних побутових благ та потреб: приготування їжі, прання, прибирання, прийняття ванни, купання та плавання та інше.
4. Промислові заводи (хімічні, текстильні, машинобудівні, харчові, нафтопереробні та інші) не змогли б здійснювати свою роботу без участі оксиду водню.
5. З давніх-давен вважалося, що вода - це джерело здоров'я. Вона застосовувалася та застосовується сьогодні як лікувальна речовина.
6. Рослини використовують її як основне джерело живлення, за рахунок чого вони продукують кисень - газ, завдяки якому існує життя на нашій планеті.

Можна назвати ще десятки причин того, чому вода - це найпоширеніша, важлива і необхідна речовина для всіх живих і штучно створених людиною об'єктів. Ми привели тільки найочевидніші, найголовніші.

Гідрологічний цикл води

Іншими словами, це її кругообіг у природі. Дуже важливий процес, що дозволяє постійно поповнювати запаси води, що зникають. Як воно відбувається?

Основних учасників троє: підземні (або ґрунтові) води, поверхневі води та Світовий океан. Важлива також і атмосфера, що конденсує та видає опади. Також активними учасниками процесу є рослини (переважно дерева), здатні поглинати величезну кількість води на добу.

Отже, процес відбувається в такий спосіб. Ґрунтові води заповнюють підземні капіляри та стікаються до поверхні та Світового океану. Потім поверхневі води поглинаються рослинами та транспіруються у навколишнє середовище. Також відбувається випаровування з величезних площ океанів, морів, річок, озер та інших водойм. Потрапивши в атмосферу, що вода робить? Конденсується і проливається у вигляді опадів (дощ, сніг, град).

Якби не відбувалися ці процеси, то запаси води, особливо прісної, давно вже закінчилися б. Саме тому охороні та нормальному гідрологічному циклу приділяється людьми велика увага.

Поняття про важку воду

У природі оксид водню існує як суміші ізотопологів. Це пов'язано з тим, що водень формує три види ізотопу: протий 1 Н, дейтерій 2 Н, тритій 3 Н. Кисень, у свою чергу, також не відстає і утворює три стійкі форми: 16 О, 17 О, 18 О. Саме завдяки цьому існує не просто звичайна протиєва вода складу Н2О (1Н і 16О), але ще й дейтерієва, і тритієва.

При цьому стійка за структурою та формою саме дейтерієва (2 Н), яка включається до складу практично всіх природних вод, але в малій кількості. Саме її називають тяжкою. Вона дещо відрізняється від звичайної чи легкої за всіма показниками.

Важка вода та її властивості характеризуються кількома пунктами.

1. Кристалізується при температурі 3,82°С.
2. Кипіння спостерігається при 101,42°С.
3. Щільність складає 1,1059 г/см3.
4. Як розчинник у кілька разів гірший за легку воду.
5. Має хімічну формулу D2O.

При проведенні дослідів, які б вплив подібної води на живі системи, було встановлено, що жити в ній здатні лише деякі види бактерій. Для пристосування та акліматизації колоніям знадобився час. Але, пристосувавшись, вони повністю відновили всі життєво важливі функції (розмноження, харчування). Крім того, стали дуже стійкими до впливу радіоактивного випромінювання. Досліди на жабах та рибах позитивного результату не дали.

Сучасні галузі застосування дейтерію та утвореної ним важкої води - атомна та ядерна енергетика. Отримати в лабораторних умовах таку воду можна за допомогою звичайного електролізу - вона утворюється як побічний продукт. Сам дейтерій формується при багаторазових перегонках водню у спеціальних пристроях. Застосування його ґрунтується на здатності уповільнювати нейтронні синтези та протонні реакції. Саме важка вода та ізотопи водню – основа для створення ядерної та водневої бомби.

Досліди на застосуванні дейтерієвої води людьми у невеликих кількостях показали, що вона затримується недовго - повний висновок спостерігається через два тижні. Вживати її як джерело вологи для життя не можна, проте технічне значення просто величезне.

Тала вода та її застосування

Властивості такої води з давніх-давен були визначені людьми як цілющі. Давно було помічено, що при таненні снігу тварини намагаються напитися водою з калюжок, що утворилися. Пізніше були ретельно досліджені її структура та біологічна дія на організм людини.

Тала вода, її ознаки та властивості знаходяться посередині між звичайною легкою та льодом. Зсередини вона утворена не просто молекулами, а набором кластерів, сформованих кристалами та газом. Тобто всередині порожнин між структурними частинами кристала знаходяться водень і кисень. За загальним виглядом будова талої води схожа з будовою льоду - зберігається структурність. Фізичні властивості такого оксиду водню незначно змінюються порівняно із звичайним. Однак біологічна дія на організм відмінна.

При заморожуванні води першою фракцією перетворюється на лід більш важка частина - це дейтерієві ізотопи, солі та домішки. Тому цю серцевину слід видаляти. А ось інша частина – чиста, структурована та корисна вода. Який вплив на організм? Вченими Донецького НДІ було названо такі види поліпшень:

1. Прискорення відновлювальних процесів.
2. Зміцнення імунітету.
3. У дітей після інгаляцій такою водою відбувається відновлення та лікування простудних захворювань, проходить кашель, нежить та інше.
4. Поліпшується дихання, стан гортані та слизових оболонок.
5. Загальне самопочуття людини, активність підвищується.

Сьогодні існує низка прихильників лікування саме талою водою, які пишуть свої позитивні відгуки. Проте є вчені, зокрема медики, які ці погляди не підтримують. Вони вважають, що шкоди від такої води не буде, але й користі мало.

Енергетика

Чому властивості води можуть змінюватися та відновлюватись при переході в різні агрегатні стани? Відповідь це питання наступний: у цього з'єднання існує своя інформаційна пам'ять, яка записує всі зміни і призводить до відновлення структури та властивостей у потрібний час. Біоенергетичне поле, через яке проходить частина води (та, що надходить із космосу), несе у собі потужний заряд енергії. Цю закономірність часто використовують під час лікування. Однак з медичної точки зору не кожна вода здатна мати сприятливий ефект, у тому числі й інформаційний.

Структурована вода – що це?

Це така вода, яка має дещо іншу будову молекул, розташування кристалічних грат (така, яка спостерігається біля льоду), але це все ж таки рідина (тала також відноситься до цього типу). В цьому випадку склад води та її властивості з наукової точки зору не відрізняються від тих, що характерні для звичайного оксиду водню. Тому структурована вода не може мати такого широкого лікувального ефекту, який їй приписують езотерики та прихильники нетрадиційної медицини.

Вода- Найбільш поширене з'єднання на нашій планеті. Вона покриває 4/5 всієї Землі. Це єдина унікальна сполука, яка може бути в 3х різних агрегатних станах: лід, вода та пара.

Вода грає найважливішу роль у промисловості, а й у житті кожної людини. Відомо, що без їжі людина може прожити місяць, а без води не проживе й тижня.

Чистої води у природі немає, завжди є домішки. Для очищення від цих забруднень використовують процес дистиляції, відгону, тому часто можна зустріти фразу «дистильована вода»,

Водане має запаху, кольору та смаку.

Хімічні властивості води.

Вода – хімічна сполука. Зв'язок має ковалентний характер.

Вода є відмінним розчинником для багатьох речовин, завдяки значному дипольному моменту. Процес розчинення називається гідратацією, а ті речовини, що вступають у реакції гідратації, найчастіше є електролітами (проводять електричний струм).

1. Кислотно-основні реакції. Вода має амфотерність, тому може вступати в реакції з кислотами та з основами:

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 ,

N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3.

2. Вода реагує практично з усіма солями, утворюючи гідрати:

CaCl 2 + 6 H 2 O = CaCl2·6H2 O.

3. Вода окислює метали, що стоять у ряді напруги до олова. З лужними металами ( Na, Li, K) бурхливо реагує:

2 K + H 2 O =2 KOH + H 2 .

З менш активними металами вода реагує при нагріванні:

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 +Н 2.

Найважливішими похідними кисню є його сполуки з воднем - вода Н2О та Н2О2.
Розглянемо обидві сполуки й у першу чергу найпоширеніша їх - воду.

Про будову молекули води та полярний характер зв'язку між атомами водню і кисню йшлося в . води дорівнює 18. У газоподібному стані (у вигляді пари) вода легша за повітря, середній якого 29. Однак у звичайних умовах вода - це рідина, яка має значно більшу щільність. Це тим, що молекули води об'єднані (асоційовані) між собою додатково особливим виглядомзв'язку - водневим зв'язком.

Водневий зв'язок названо так тому, що обов'язково вимагає наявності водню. У молекулі води, де загальні електронні пари сильно зміщені до кисню, атоми водню практично позбавлені електронів і є оголене ядро. Таке ядро ​​(у водню це протон) притягується електронними оболонками атомів кисню сусідніх молекул і утворюється зв'язок між молекулами. На відміну від інших видів хімічного зв'язку, що позначаються в структурних формулах рисками, водневий зв'язок позначається пунктиром

Водневий зв'язок відрізняється від хімічного. Вона набагато слабша за останню. Однак водневий зв'язок не можна вважати просто міжмолекулярним зчепленням, він набагато міцніший.
Водневий зв'язок може виникати між молекулами води. Вона найчастіше зустрічається в органічних речовинах.

■ 30. Поясніть механізм утворення водневого зв'язку.
31. Перелічіть відомі вам типи хімічного зв'язку.
32. За яким типом хімічного зв'язку побудовано молекулу води?
33. Чим викликано асоціацію молекули води?

За фізичними властивостями вода - це рідина, яка не має кольору, смаку та запаху.
Найбільшу густину (1 г/см3) вода має при 4°. При зниженні та підвищенні температури щільність води зменшується (тому крига плаває на воді). Температура плавлення льоду 0° та кипіння води 100° є основними точками стоградусної шкали температур. Вода є чудовим розчинником рідин, газів та твердих речовин. Вода дуже погано проводить електричний струм. Питома теплоємність водивелика серед усіх твердих та рідких речовин.

Вода у природі

Вода дуже поширена у природі. Приблизно 3/4 поверхні земної кулі зайняті водою. Це океани, моря, наземні текучі прісні води, озера, прісні та солоні, льодовики, підземні води, водяна пара; постійно у більшій чи меншій кількості присутній в атмосфері, а також кристалізаційна вода, що входить до складу кристалогідратів.

Оскільки вода є хорошим розчинником, у природних водах завжди містяться у розчиненому вигляді різноманітні . Морська водамістить у розчиненому стані безліч різних солей, у тому числі NaCl, сульфат магнію MgSO4 та ін, які надають їй гірко-солона. Підземні води, що протікають по гірських породах, розчиняють різні, і ці розчини, що виходять на поверхню, називаються мінеральними джерелами.

Особливо багато мінеральних джерел на Кавказі. З води вуглекислих джерел покращують та . У цих водах розчинено під тиском вуглекислий газ. Сірчисті води в Мацесті та П'ятигорську бувають холодними та гарячими, містять і . Сірководневі ванни знижують кров'яний тиск, покращують роботу серця. Залізисті води Залізноводська, Липецька рекомендуються для прийняття внутрішньо при недокрів'ї. Вапняні води Кисловодська застосовуються при захворюваннях нирок, Води теплих джерел Забайкалля та Туркестану використовуються в натуральному вигляді для ванн при загальній слабкості організму, нервових захворюваннях, шкірних хворобах та ін.

Якщо підземні води знаходяться поблизу вогнищ вулканічної діяльності, вода виходить на гарячу поверхню у вигляді так званих гейзерів. Вважають, що у глибинах земної кори є дуже багато гарячої води. Її можна використовувати як дуже дешеве джерело теплової енергії.

З води почалося життя на землі, яку ми знаємо зараз, є середовищем для життя водних організмів, але воно; необхідна всім живим організмам, які без води не можуть існувати. Протоплазма будь-якої клітини є колоїдний розчин білка у воді. У складі тіла людини перебуває 65% води. Якщо організм людини втратить 20% води, зміни, що відбуваються у клітинах, стають незворотними, і людина гине. Без їжі людина може прожити 30-40 діб, а без води – не більше 7 діб. Життя рослин без води також неможливе. Вода для зелених рослин є необхідним компонентом фотосинтезу.

■ 34. У якому стані та де вода зустрічається у природі? Запишіть це у зошит.

35. Що являють собою мінеральні джерела склад їх води, яке застосування в медицині?

Хімічні властивості води

Вода є байдужим окислом. Вода - надзвичайно слабкий електроліт, що дисоціює за схемою:
Н2О ⇄ Н + + ВІН -
Деякі найбільш активні (Na, К, Са, Ва, Аl) можуть витісняти з води:
2Na + 2Н2O = 2NaOH + H2
2Na + 2Н + + 2OH - = 2Na + + 2OН - + H2
2Na + 2H + = 2Na + + H2
Розпечене розкладає воду з виділенням водню та утворенням окалини:
3Fe + 4Н2O = Fe3O5 + 4Н2

перегріта пара

Елементи, що володіють сильнішими, ніж окислювальними властивостями, наприклад, витісняють з води:
Cl 0 2 + H2O -2 = 2HCl -1 +
Cl 0 2 + 2 е- → 2Сl -1
О -2 - 2 e- → O 0
Розпечене вугілля розкладає воду, утворюючи водяний газ, що являє собою в основному суміш водню з окисом вуглецю
З + Н2О = СО + Н2
Вода може реагувати з основними і кислотними оксидами, утворюючи основи і кислоти, г Виділення тепла при розчиненні у воді їдких лугів і сірчаної кислоти пояснюється також хімічними реакціями приєднання води, що відбуваються між водою і цими речовинами.

Вода може вступати в реакцію з солями, утворюючи кристалогідрати. Наприклад, мідний купорос, що має блакитний колір, є продуктами сполуки білого сульфату міді з водою по-рівнянню:
CuSO4 + 5H2O = СуSO4 = 5H2O + Q

Вода є речовиною, стійкою хімічно, проте може розкладатися під дією електричного струму.

Вода активно вступає в реакції гідролізу зі складними неорганічними та органічними речовинами.

■ 36. Чому воду відносять до байдужих оксидів?
37. Чи правильно вираз «натрій розчиняється у воді»?
38. Напишіть рівняння реакцій взаємодії з водою основних та кислотних оксидів. З якими вода не реагує?
39. На яку ділі воду піддають електролізу?
40. Вода реагує з солями з утворенням кристалогідратів. Напишіть рівняння реакції утворення кристалогідрату. Якого іншого характеру взаємодія можлива між водою та солями?
41. У посудину із 200 г води помістили 9,2 г натрію. Яка речовина утворилася при цьому? Чи розчиняється воно? Якщо розчинна, яка його відсоткова концентрація в отриманому розчині?
42. До 50 г 30% сірчаної кислоти додали 5 г сірчаного ангідриду. Якою стала концентрація сірчаної кислоти?
43. Серед перерахованих властивостей води вкажіть ті, які можна використовувати для отримання водню.
44. Який обсяг водню може бути отриманий при взаємодії 5 кг заліза з перегрітою парою, якщо 10% ваги заліза прихо диться на окалину, а 20% отриманого водню губляться?
45. Скільки окису міді можна відновити воднем, отриманим у попередній задачі?

Вода, що входить до складу кристалів, називається кристалізаційною водою. Вона хімічно пов'язана з речовиною та надає кристалу відповідних властивостей. Наприклад мідний кynopoc, CuSО4 · 5H2O у вигляді кристалогідрату з п'ятьма молекулами води має яскраво-блакитне забарвлення, яке він втрачає при прожарюванні внаслідок видалення кристалізаційної води (рис. 45). Природний CaSО4 · 2H2О при слабкому нагріванні відокремлює одну молекулу води, перетворюючись на сполуку складу 2CaSО4 · H2O, зване напівводним гіпсом. Цей має здатність «схоплюватися», тобто при змішуванні з водою приєднувати до себе недостатню молекулу води і тверднути, утворюючи двоводний CaSО4 · 2H2О:
2CaSО4 · H2O + 3H2O = 2 (CaSO4 · 2H2O)
Ця реакція знайшла широке застосування у медицині при накладенні гіпсових пов'язок.
Однак, якщо гіпс прожарити до повного видалення води
CaSO4 · 2H2O2 = CaSO4 + 2Н2O

то реакція стає незворотною і вода до сульфату кальцію більше не приєднується.
Кристаллогідрати – це хімічні сполуки солі з водою. Їх зараховують до комплексних сполук. Можна назвати ще багато кристалогідратів, наприклад глауберову сіль
Na2SО4 · 10H2O, залізний купорос FeSО4 · 7H2О та ін.

■ 46. ​​Скільки потрібно взяти води та кристалогідрату Na2SO4 · 10H2O, щоб приготувати 200 г 3% розчину сульфату натрію?
47. У лабораторії для абсолютування спирту застосовують безводний, з яким кип'ятять спирт, поки не набуде блакитного забарвлення. Яка реакція відбувається при цьому? Наскільки збільшиться вага 25 г сульфату міді, якщо вважати, що 75% сульфату перетворилося на мідний купорос?
Скільки відсотків води містилося у спирті, якщо абсолютування зазнало 150 г спирту.
48. 20 a FеSО4 · 7H2O розчинили 180 г води. Яка концентрація одержаного розчину?
49. Що таке двоводний гіпс, напівводний гіпс? Яке застосування вони знаходять у медицині?
50. Яка вода називається кристалізаційною?

Способи очищення природних вод

Природна вода не завжди задовольняє всі вимоги, які до неї пред'являються людиною. Тому для різних цілей вода піддається різній обробці.
Питна вода має бути частою, прозорою, без запаху та не містити хвороботворних бактерій. Природна вода, призначена для пиття, надходить на водоочисні станції міського водопроводу, де проходить через систему очисних споруд (рис. 46). Спочатку вона проходить через металеві фільтри.

очищення від механічних домішок, потім надходить у відстійники, де поступово осідають дрібні частинки, що забруднюють її. Для прискорення їх осідання в відстійники зазвичай додають коагулянт - речовина, що змушує суспензії та колоїдні частинки коагулювати та осідати. Як коагулянт застосовується хлорид алюмінію AlCl3 або сульфат алюмінію Al2(SO4)3.

Мал. 46.Система очисних споруд водоочисної станції. 1-фільтр; 2-відстійник; 3-змішувачі; 4 - перекачування; 5 - засос води; 6 – хлорування; 7-осад; 8 - додавання галунів.

Після відстоювання вода фільтрується через пісок, кісткове вугілля та тканинні фільтри, після чого в ній залишаються розчинні солі та мікроорганізми, серед яких можуть виявитися хвороботворні бактерії. Для їхнього знищення у воду додають трохи хлорної води в кількості, яка вбиває бактерій, але нешкідлива для людини. Після цього вода надходить у так звані резервуари чистої води, де витримується деякий час для того, щоб повністю виявилася дія хлору. Очищена вода водопроводом надходить до споживачів.

У сільських місцевостях зазвичай вода не проходить такої складної системи очищення, а береться прямо з колодязів чи інших природних водойм. Таку воду необхідно кип'ятити, а у разі масових шлунково-кишкових захворювань до неї потрібно додавати невелику кількість розчину хлорного вапна.

Мал. 47.
1- колба Вюрца з водою; 2-водяний холодильник Лібіха: 3 – алонж; 4- посудина-приймач для дистильованої води; 5 - термометр.

У хімічних лабораторіях та медицині застосовується дистильована вода. Для повного видалення солей воду переганяють у про перегонних кубах. Принцип перегонки води можна спостерігати на лабораторній установці (рис. 47). Вода кипить у колбі. Виходить, пара газовідвідної трубки надходить у водяний холодильник Лібіха 2, де пара конденсується і стікає через алонж 3 в посудину-приймач 4. Отримана вода називається дистильованою. Вона зовсім не містить солей та її шкідливо застосовувати для пиття. Дистилятор влаштований за тим самим принципом (рис. 48).

■ 51. Що таке дистиляція та для яких цілей використовують дистильовану воду? 52. Які вимоги висувають до питної води? 53. Як можна очистити воду: а) від механічних забруднень; б) від розчинених солей; в) від колоїдних частинок?

§ 54. Перекис водню

- Багатший киснем оксид в порівнянні з водою. Формула перекису H2О2, але це не означає, що в даному з'єднанні одновалентний. У молекулі перекису водню між двома атомами кисню є одна загальна електронна пара. Сполучені таким чином атоми кисню містяться не тільки в перекисі водню, але і в будь-якому іншому перекисі і називаються «перекисним ланцюжком»

Наявність перекисного ланцюжка робить молекулу неміцною. Дійсно, при найменших впливах - зберіганні у освітленому приміщенні, нагріванні, дії каталізатора МnО2 - перекис водню розкладається, перетворюючись на воду, з виділенням кисню
2Н2О2 = 2Н2O + О2
Ця реакція може супроводжуватись вибухом.
30% розчин перекису водню зветься пергідролю.

При попаданні на шкіру він може спричинити сильні опіки. Чиста має щільність 1,46 г/с3 та температуру замерзання -1,7°. Розчин перекису водню має кислу реакцію, що дає підставу розглядати її як дуже слабку двоосновну кислоту.
Деякі перекису металів, наприклад, Na2O2; ВаО2, можна розглядати не тільки як , але і як своєрідні солі перекису водню. З цих сполук можна отримати перекис водню дією сильнішої кислоти:
ОО2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

Про поведінку перекису водню в окислювально-відновних реакціях йдеться в § 32. При взаємодії з органічними речовинами перекис водню поводиться як . Безводний перекис водню викликає опіки та самозаймання горючих матеріалів. При опіках перекисом водню на шкірі з'являється характерна біла пляма, а потім може утворитися виразка. Мірою першої допомоги, як і при опіках кислотами, є промивання великою кількістю води.

Перекис водню застосовують як дезінфікуючий засіб у медицині для полоскань, промивань та як кровоспинний засіб у вигляді 3% розчину. Крім того, її використовують для відбілювання волосся, вовни, шовку, роги і т. д. Перекис водню використовують також для реставрації картин, написаних свинцевими білилами, які поступово темніють на повітрі, тому що під дією сірководню повітря у фарбі утворюється сульфід свинцю чорного кольору . Перекис водню окислює сульфід свинцю в сульфатній схемі:
PbS + H2O2 → PbSO4 + H2O
Такі картини протирають слабким розчином перекис водню.
Зберігати перекис водню слід у склянках темного скла в прохолодному приміщенні, в темряві, щоб уповільнити розпад, що постійно йде.

■ 54. Наведіть приклади реакцій, у яких перекис водню виявляв би властивості окислювача.

55, Наведіть приклади реакцій, у яких перекис водню виявляла б властивості відновника.

56. Де і як слід зберігати перекис водню до лабораторії? Чому?
57. Які заходи першої допомоги при опіках перекисом водню?

58. У присутності двоокису марганцю з перекису водню можна отримати кисень. Намалюйте пристрій, у якому можна використовувати цей процес.

59. Скільки грамів перекису барію потрібно для отримання 5 молів чистого перекису водню?
60. Перекис водню дисоціює за типом кислот. Напишіть рівняння двоступеневої дисоціації цієї кислоти.

61. Де і як застосовується перекис водню як це пов'язано з її властивостями?

Повітря

Наша планета оточена повітрям, яке необхідне для дихання всім істотам, що живуть на землі. За добу людина пропускає через свої легені близько 13 000 літрів повітря.
Повітряна оболонка землі зветься атмосфери (від слів «атмос» - повітря, «сфайра» - куля). У повітрі міститься 78% (об'ємних) азоту, 21% кисню, 0,96%

Інертних газів, головним чином аргону і неону, а також гелію, криптону та ксенону, 0,03-0,04% двоокису вуглецю та 0,01% водню. Склад повітря наведено на рис. 49. Середнє повітря дорівнює 29 у. е.
Крім цього, до складу атмосфери входять випадкові домішки, а також змінні складові - водяна пара, азоту, озон, а також пил та місцеві забруднення повітря, що виникають іноді при інтенсивній роботі підприємств у певному районі, а також при роботі транспорту.

Кількість пилу у повітрі може бути дуже великою, особливо у великих містах. Пил порушує прозорість повітря та сприяє утворенню туманів, оскільки на порошинках конденсуються крапельки води. У повітрі можуть бути різні мікроорганізми. Серед них можуть бути хвороботворні. Звідси ясно, яке значення має очищення повітря в містах, як важливо стежити за тим, щоб повітря не забруднювали Промислові підприємства і транспорт.
Для очищення повітря всередині приміщень застосовуються спеціальні апарати кондиціювання повітря: його фільтрують, зволожують до потрібного стану, позбавляють пилу та бактерій і підтримують найбільш сприятливу температуру.
1 м3 повітря при 0° важить 1,293 кг, зі збільшенням висоти щільність повітря стає меншою. При -193° повітря перетворюється на рідкий стан. Оскільки повітря-це суміш газів з різними температурами кипіння, його можна розділити на складові за температурами кипіння або, як кажуть, піддати фракційної перегонки.

Широко використовується енергія стисненого повітря, яке одержують підвищенням тиску атмосферного повітря за допомогою компресорів. При вдуванні стисненого повітря в домну подача кисню збільшується і горіння стає інтенсивнішим.
Рідке повітря являє собою блакитну каламутну рідину. Блакитне забарвлення надає йому рідкий кисень, а каламутним він буває тому, що при температурі рідкого повітря вуглекислота стає твердою. Якщо її відфільтрувати, повітря буде прозорим.
Під впливом низької температури рідкого повітря деякі тіла набувають особливих, абсолютно нових властивостей. Наприклад, набуває пружності сталі, стає настільки твердою, що виготовленим з неї молотком можна забивати цвяхи, гума стає крихкою, як і від удару розбивається на частини. Багато при температурі рідкого повітря набувають властивостей надпровідності. Якщо збудити в металевому кільці електричний струм, то підключений до нього гальванометр дуже довго показуватиме наявність електричного струму.

Цікаво, що більшість бактерій у рідкому повітрі не гине, а занурюється у стан анабіозу.
Якщо просочити рідким повітрям горючий матеріал, який у звичайному повітрі або не спалахує, або горить дуже слабо, наприклад тирсу або вугільний порошок, то при підпалюванні вони миттєво згоряють з виділенням великої кількості газів, тому рідке повітря широко застосовують під час вибухових робіт. Для цього картонні патрони набивають тирсою, укладають у вибухові камери, просочують рідким повітрям і підпалюють. Відбувається сильний вибух. Якщо вибух не стався, через деякий час повітря з патрона випаровується, і він знову стає безпечним на відміну від будь-якої іншої вибухівки.

Отримують рідке повітря при високому тискута низька температура.
Стиснене повітря використовується в пневматичних приладах і різному пневматичному устаткуванні, а також при кесонних роботах. Кесон - це величезний повітряно-і водонепроникний бетонний ящик, всередині якого можуть знаходитися кілька людей. З одного боку, кесон відкритий. Його опускають відкритою стороною у воду до самого дна, зміцнюють вантажем, щоб він не спливав, і стисненим повітрям витісняють із нього воду. Для витіснення води тиск повітря у кесоні доводять до 4 атм. При такому тиску повітря у великій кількості розчиняється у крові. При різкому зменшенні тиску, наприклад, при підйомі на поверхню, надлишок його швидко виходить з крові у вигляді бульбашок, які можуть закупорити кровоносні судини і навіть дійти до серця. У важких випадках ця так звана кесонна хвороба може призвести до смерті. Тому підйом з кесона здійснюється поступово, щоб розчинене повітря виходило невеликими порціями.

Вода (оксид водню) - бінарна неорганічна сполука з хімічною формулоюН 2 O. Молекула води складається з двох атомів водню та одного - кисню, які з'єднані між собою ковалентним зв'язком.

Перекис водню.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні та хімічні властивості води визначаються хімічною, електронною та просторовою будовою молекул Н 2 O.

Атоми Н і Про в молекулі Н 2 0 знаходяться у своїх стійких ступенях окислення відповідно +1 і -2; тому вода не виявляє яскраво виражених окисних або відновлювальних властивостей. Зверніть увагу: у гідридах металів водень перебуває у ступені окислення -1.

Молекула Н2O має кутову будову. Зв'язки Н-Oдуже полярні. На атомі існує надмірний негативний заряд, на атомах Н - надлишкові позитивні заряди. 8 Загалом молекула Н 2 O є полярною, тобто. диполем. Цим пояснюється той факт, що вода є добрим розчинником для іонних та полярних речовин.

Наявність надлишкових зарядів на атомах Н і Про, і навіть неподілених електронних пар атомів Про зумовлює освіту між молекулами води водневих зв'язків, унаслідок чого вони об'єднуються в асоціати. Існуванням цих асоціатів пояснюються аномально високі значеннят. пл. і т. кіп. води.

Поряд із утворенням водневих зв'язків, результатом взаємного впливу молекул Н 2 O один на одного є їх самоіонізація:
в одній молекулі відбувається гетеролітичний розрив полярного зв'язку О-Н, і протон, що звільнився, приєднується до атома кисню іншої молекули. Утворений іон гідроксонію Н 3 Про + по суті є гідратованим іоном водню Н + Н 2 O, тому спрощено рівняння самоіонізації води записується так:

Н 2 O ↔ H + + OH -

Константа дисоціації води надзвичайно мала:

Це свідчить про те, що вода дуже мало дисоціює на іони, і тому концентрація недисоційованих молекул Н 2 O практично постійна:

У чистій воді [Н + ] = [ВІН - ] = 10 -7 моль/л. Це означає, що вода є дуже слабким амфотерним електролітом, що не проявляє в помітній мірі ні кислотних, ні основних властивостей.
Однак вода має сильну іонізуючу дію на розчинені в ній електроліти. Під дією диполь води полярні ковалентні зв'язки в молекулах розчинених речовин перетворюються на іонні, іони гідратуються, зв'язки між ними послаблюються, внаслідок чого відбувається електролітична дисоціація. Наприклад:
HCl + Н 2 O - Н 3 O + + Сl -

(сильний електроліт)

(або без урахування гідратації: HCl → Н + + Сl -)

CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (слабкий електроліт)

(або CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)

Відповідно до теорії кислот і основ Бренстеда-Лоурі, у цих процесах вода виявляє властивості основи (акцептор протонів). За тією ж теорією в ролі кислоти (донора протонів) вода виступає в реакціях, наприклад, з аміаком та амінами:

NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -

CH 3 NH 2 + H 2 O ↔ CH 3 NH 3 + + OH -

Окисно-відновні реакції за участю води

I. Реакції, у яких вода грає роль окислювача

Ці реакції можливі лише з сильними відновниками, здатними відновити іони водню, що входять до складу молекул води, до вільного водню.

1) Взаємодія з металами

а) За звичайних умов Н 2 Про взаємодіє лише з щілин. та щел.-зем. металами:

2Na + 2Н + 2 О = 2NaOH + H 0 2

Ca + 2Н + 2 О = Ca(OH) 2 + H 0 2

б) При високій температурі Н 2 Про вступає в реакції та з деякими іншими металами, наприклад:

Mg + 2Н + 2 О = Mg(OH) 2 + H 0 2

3Fe + 4Н + 2 О = Fe 2 O 4 + 4H 0 2

в) Al та Zn витісняють Н 2 з води в присутності лугів:

2Al + 6Н + 2 Про + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2

2) Взаємодія з неметалами, що мають низьку ЕО (реакції відбуваються у жорстких умовах)

C + Н + 2 О = CO + H 0 2 (водяний газ)

2P + 6Н + 2 О = 2HPO 3 + 5H 0 2

У присутності лугів кремній витісняє водень із води:

Si + Н + 2 Про + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 0 2

3) Взаємодія з гідридами металів

NaH + Н + 2 O = NaOH + H 0 2

CaH 2 + 2Н + 2 О = Ca(OH) 2 + 2H 0 2

4) Взаємодія з чадним газом та метаном

CO + Н + 2 O = CO 2 + H 0 2

2CH 4 + O 2 + 2Н + 2 O = 2CO 2 + 6H 0 2

Реакції використовуються у промисловості для одержання водню.

ІІ. Реакції, у яких вода відіграє роль відновника

ти реакції можливі тільки з дуже сильними окислювачами, які здатні окислити кисень СО С. О. -2, що входить до складу води, до вільного кисню O 2 або пероксид-аніонів 2- . У винятковому випадку (у реакції з F 2) утворюється кисень з c o. +2.

1) Взаємодія із фтором

2F 2 + 2Н 2 O -2 = O 0 2 + 4HF

2F 2 + Н 2 O -2 = O +2 F 2 + 2HF

2) Взаємодія з атомарним киснем

Н 2 O -2 + O = Н 2 O - 2

3) Взаємодія із хлором

При високій Т відбувається оборотна реакція

2Cl 2 + 2Н 2 O -2 = O 0 2 + 4HCl

ІІІ. Реакції внутрішньомолекулярного окиснення – відновлення води.

Під дією електричного струму або високої температуриможе відбуватися розкладання води на водень та кисень:

2Н + 2 O -2 = 2H 0 2 + O 0 2

Термічне розкладання - процес оборотний; ступінь термічного розкладання води невелика.

Реакції гідратації

I. Гідратація іонів. Іони, що утворюються при дисоціації електролітів у водних розчинах, приєднують певну кількість молекул води та існують у вигляді гідратованих іонів. Деякі іони утворюють настільки міцні зв'язки України із молекулами води, що й гідрати можуть існувати у розчині, а й у твердому стані. Цим пояснюється утворення кристалогідратів типу CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7Н 2 O та ін, а також аквакомплексів: CI 3 Br 4 та ін.

ІІ. Гідратація оксидів

ІІІ. Гідратація органічних сполук, що містять кратні зв'язки

Реакції гідролізу

I. Гідроліз солей

Оборотний гідроліз:

а) по катіону солі

Fe 3+ + Н 2 O = FeOH 2+ + Н +; (кисле середовище. рН

б) по аніону солі

3 2 - + Н 2 O = НСО 3 - + ВІН -; (лужне середовище. рН > 7)

в) по катіону та по аніону солі

NH 4 + + СН 3 СОО - + Н 2 O = NH 4 OH + СН 3 СООН (середовище, близьке до нейтрального)

Необоротний гідроліз:

Al 2 S 3 + 6Н 2 O = 2Аl(ОН) 3 ↓ + 3H 2 S

ІІ. Гідроліз карбідів металів

Al 4 C 3 + 12Н 2 O = 4Аl(ОН) 3 ↓ + 3CH 4 нетан

СаС 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + С 2 Н 2 ацетилен

ІІІ. Гідроліз силіцидів, нітридів, фосфідів

Mg 2 Si + 4Н 2 O = 2Mg(OH) 2 ↓ + SiH 4 силан

Ca 3 N 2 + 6Н 2 O = ЗСа(ОН) 2 + 2NH 3 аміак

Cu 3 P 2 + 6Н 2 O = ЗСu(ОН) 2 + 2РН 3 фосфін

IV. Гідроліз галогенів

Cl 2 + Н 2 O = HCl + HClO

Вr 2 + Н 2 O = НВr + НВrО

V. Гідроліз органічних сполук