"Химия ", Габриелян О.С, Сивоглазов В.И. и др., Изд. "ДРОФА"
Вода — сложное вещество состава H₂O, необходимое для жизни и большинства природных процессов. Её молекулы полярны и связаны водородными связями, поэтому вода кипит при сравнительно высокой температуре, обладает поверхностным натяжением и при замерзании расширяется. Вода реагирует с активными металлами, основными и кислотными оксидами. На её свойства влияет жёсткость, связанная с растворёнными солями кальция и магния.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Вода — сложное вещество с формулой H₂O. В молекуле воды два атома водорода соединены с одним атомом кислорода, поэтому соотношение атомов равно 2:1. Формула помогает определить состав вещества и правильно записывать уравнения реакций.
Водородная связь — взаимодействие между молекулами, в котором атом водорода одной молекулы притягивается к атому кислорода другой. Она слабее обычной химической связи внутри молекулы, но множество таких взаимодействий заметно влияет на свойства воды. Благодаря им молекулы воды удерживаются рядом.
Химические свойства воды — это её способность вступать в реакции с активными металлами, оксидами и некоторыми другими веществами. В результате образуются новые вещества, например гидроксиды, кислоты и водород. Знание этих свойств позволяет предсказывать продукты реакций.
Жёсткость воды — свойство, связанное с присутствием растворённых солей кальция и магния. Такие соли могут образовывать накипь и мешать образованию пены с мылом. Поэтому жёсткость важна не только для химии, но и в быту.
Атом кислорода сильнее притягивает общие электроны, чем атом водорода, поэтому связь O–H полярна. У кислорода появляется частичный отрицательный заряд, а у водорода — частичный положительный. Разноимённо заряженные участки соседних молекул притягиваются, и возникает водородная связь.
Водородные связи требуют дополнительной энергии для разрушения. Поэтому молекулам воды труднее покинуть жидкость, чем молекулам многих веществ сходной молекулярной массы. Этим объясняются сравнительно высокая температура кипения и значительное поверхностное натяжение воды: на поверхности молекулы сильно притягиваются друг к другу.
При низкой температуре движение молекул замедляется, а при 0 °C вода образует лёд — твёрдое состояние. При нагревании движение усиливается, и вода остаётся жидкостью до 100 °C при нормальном атмосферном давлении, после чего кипит. В кристалле льда молекулы расположены более разреженно, поэтому при замерзании объём увеличивается, а плотность уменьшается.
Активные металлы отдают электроны молекулам воды и вытесняют из них водород. Вода при этом превращается в гидроксид металла, например 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Менее активные металлы обычно не могут вытеснить водород из воды, поэтому реакция при обычных условиях не идёт.
Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием оснований, если соответствующий металл достаточно активен: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Кислотные оксиды соединяются с водой и дают кислоты: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Так тип оксида помогает заранее определить продукт реакции.
В таблице сначала найдите условие или реагент, а затем посмотрите, какое свойство или продукт ему соответствует. Температуры приведены для нормального атмосферного давления. Уравнения показывают не только факт реакции, но и состав образующихся веществ.
| Характеристика | Свойство или реагент | Результат или пример |
|---|---|---|
| Агрегатное состояние при обычных условиях | Вода | Жидкость без цвета, запаха и вкуса |
| Температуры замерзания и кипения | 0 °C и 100 °C | Значения при нормальном атмосферном давлении |
| Изменение объёма при замерзании | Переход воды в лёд | Объём увеличивается, плотность уменьшается |
| Реакция с активными металлами | Na + H₂O | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ |
| Реакция с основными оксидами | CaO + H₂O | CaO + H₂O → Ca(OH)₂, образуется основание |
| Реакция с кислотными оксидами | SO₃ + H₂O | SO₃ + H₂O → H₂SO₄, образуется кислота |
Условие: запишите формулу воды и определите число атомов каждого элемента в её молекуле. Нужно внимательно прочитать индексы в формуле, потому что именно они показывают число атомов. Если индекса нет, атом считается один.
Ответ: формула воды — H₂O; одна молекула содержит два атома водорода и один атом кислорода.
Условие: составьте и уравняйте реакцию натрия с водой. Натрий — активный металл, поэтому продуктами будут гидроксид натрия и водород. Затем проверяем, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпадало.
Ответ: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑.
Условие: определите продукты реакций CaO и SO₃ с водой и запишите уравнения. Сначала устанавливаем характер оксидов: CaO — основной, SO₃ — кислотный. Основной оксид даст основание, а кислотный — кислоту.
Ответ: CaO образует гидроксид кальция, а SO₃ — серную кислоту.
Ошибка: считать, что вода кипит при 100 °C при любом давлении. Такое значение относится к нормальному атмосферному давлению, а при его изменении температура кипения тоже меняется. Проверка: всегда уточняйте условие, указанное рядом с температурой.
Ошибка: путать состав молекулы с соотношением атомов и забывать индекс 2 у водорода. В одной молекуле H₂O находятся два атома H и один атом O. Проверка: прочитайте каждый индекс, а отсутствие индекса замените числом 1.
Ошибка: записывать реакцию воды с любым металлом. Обычно с водой реагируют активные металлы, а менее активные при обычных условиях водород не вытесняют. Проверка: определите активность металла и условия реакции.
Ошибка: менять местами продукты реакций оксидов. Основные оксиды образуют основания, кислотные — кислоты, поэтому тип оксида нужно установить до записи уравнения. Проверка: сопоставьте название оксида с характером образующегося вещества.
Для понимания формулы H₂O нужны знания о химической формуле, валентности и правилах составления уравнений. Понятия оксидов, кислот и оснований помогают предсказывать продукты взаимодействия воды с оксидами. Позже эти сведения пригодятся при изучении растворов, электролитической диссоциации и реакций в водной среде.
Почему вода при комнатной температуре является жидкостью?
Молекулы воды полярны и притягиваются друг к другу водородными связями. Чтобы разъединить их и превратить воду в пар, требуется много энергии, поэтому при комнатной температуре вода остаётся жидкостью.
Почему лёд плавает на поверхности воды?
При замерзании молекулы воды образуют более разреженную кристаллическую структуру. Объём увеличивается, плотность льда становится меньше плотности жидкой воды, поэтому лёд держится на поверхности.
Всегда ли вода реагирует с металлами?
Нет, реакция характерна прежде всего для активных металлов, например натрия и кальция. Менее активные металлы обычно не вытесняют водород из воды при обычных условиях.
Какие вещества образуются при реакции воды с оксидами?
Основные оксиды при взаимодействии с водой могут образовывать основания, например CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Кислотные оксиды образуют кислоты, например SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
Чем жёсткая вода отличается от мягкой?
В жёсткой воде содержится больше растворённых солей кальция и магния. Мягкая вода содержит их мало, поэтому лучше образует пену с мылом и оставляет меньше накипи.
§ 20. Вода
