Вода

.

Вода H₂O - самое распространённое в природе химическое соединение.

Запасы воды на Земле:

в морях и океанах - 1,4 млрд. км³

в ледниках - 30 млн. км³

в реках и озёрах - 2 млн. км³

в атмосфере - 14 тыс. км³

в живых организмах - 65%

Молекула полярна; угол -104,5°; связь O-H ковалентная полярная.

Вода является дипольным растворителем (растворяет многие газы, жидкие и твёрдые вещества).
Между молекулами воды - водородные связи:

Аномалии воды.

Лёд плавает на поверхности водоёма, r(льда) = 0,92 г/см³, max r(воды) при +4°С = 1г/см³

При замерзании воды происходит расширение объёма.

Самая большая теплоёмкость (в 3100 раз больше, чем у воздуха; в 4 раза больше, чем у горных пород).

Кислотно-основные свойства.

1) Слабый электролит:

H₂O = H⁺ + OH^-

2) Вода - амфотерное вещество. Она реагирует как с основными оксидами (оксидами щелочных и щелочноземельных металлов), так и с кислотными оксидами (кроме SiO₂).

Li₂O + H₂O = 2LiOH

MgO + H₂O = Mg(OH)₂

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

3) Гидролиз некоторых солей приводит к их полному разложению:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Al₂(CO₃)₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂O + 3CO₂

4) Вода разлагает гидриды, фосфиды, карбиды, нитриды и некоторые другие бинарные соединения активных металлов с неметаллами:

CaH₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

Ca₃N₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2NH₃

5) Молекулы воды с некоторыми солями дают кристаллогидраты:

CuSO₄(белый) + 5H₂O = CuSO₄ 5H₂O(синий)

Окислительно-восстановительные свойства.

6) С активными металлами (стоящими в ряду напряжений металлов до Mg включительно) образуется щёлочь и водород, а с металлами средней активности (стоящими в ряду напряжений металлов от Mg до Pb) - оксид и водород:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

3Fe + 4H₂O =^t°= Fe₃O₄ + 4H₂

7) С галогенами (продукты различны):

4F₂ + 3H₂O = OF₂+ 6HF + O₂

Cl₂ + H₂O = HClO + HCl

Вода, в состав которой входит изотоп водорода дейтерий, называется тяжёлой водой D₂O.

Физические свойства D₂O H₂O

Молекулярная масса 20 18

Плотность при 20°C (г/см³) 1,1050 0,9982

t° кристаллизации (°C) 3,8 0

t° кипения (°C) 101,4 100

Химические реакции с тяжёлой водой протекают медленнее, чем с обычной водой. Поэтому D₂O

Очищение воды.

Природные воды всегда содержат примеси. Одни из них находятся во взвешенном состоянии, другие - в растворённом. От большей части взвешенных частиц вода может быть освобождена отстаиванием или, быстрее, фильтрованием сквозь толстые слои песка и т. п. В лаборатории для этой цели применяется фильтровальная (непроклеенная) бумага. От растворённых веществ воду обычно очищают перегонкой. Такая перегнанная вода называется дистиллированной.

Обычно применяемая в городском хозяйстве схема очистки речной воды состоит из нескольких стадий: первой операцией является добавка к воде небольшого количества сернокислого алюминия, который выделяет объёмный осадок гидроксида алюминия, захватывающий различные взвешенные в воде частицы и тем способствующий их последующему осаждению в отстойнике. Отстоявшаяся вода фильтруется сквозь толстый слой песка, затем обеззараживается хлорированием и лишь после этого поступает в водопроводную сеть (для Москвы 10 млн. м3 ежедневно).

Большие преимущества перед хлорированием во многих случаях имеет стерилизация воды путём её озонирования. Технически этот процесс вполне освоен, но обходится он в несколько раз дороже, что и затрудняет его широкое внедрение.

Перегнанная вода свободна только от нелетучих примесей. От летучих её стараются освободить, добавляя перед перегонкой вещества, реагирующие с этими примесями и дающие с ними нелетучие продукты реакции. Всё же и тогда первые порции перегоняемой воды содержат растворённые газы воздуха. В тех случаях, когда их присутствие вредит, эти порции не собирают.

Как при самой перегонке в стеклянных сосудах, так и при хранении в них дистиллированная вода загрязняется переходящими в неё из стекла щелочами. Громадному большинству её применений эти растворённые щелочи не вредят, так как их ничтожно мало. Если требуется ещё более высокая чистота, то дистиллированную воду получают и сохраняют в сосудах из кварца, олова и серебра.