Тип связи вода: Водородные связи между молекулами воды (статья)

Содержание

Понятие о водородной связи — Химия. 9 класс. Григорович

Химия. 9 класс. Григорович

Вспомните: как образуется ковалентная связь.

Понятие о водородной связи

Благодаря полярности и электронному строению молекул воды между ними образуется особый тип химической связи — водородная связь. В отличие от уже известных вам типов химической связи, водородная связь является межмолекулярной, то есть образуется между молекулами.

Вспомним электронное строение молекулы воды, которое мы рассматривали еще в 8 классе: при образовании молекулы воды между атомами Оксигена и Гидрогена возникают две общие электронные пары, определяющие ковалентную связь в молекуле воды. При этом у атома Оксигена еще остаются две неподеленные электронные пары:

Эти электронные пары образуют повышенную электронную плотность вокруг атома Оксигена и позволяют ему взаимодействовать с другими частицами (ионами или молекулами), у которых «дефицит» электронной плотности. В молекуле воды связь между атомом Гидрогена и Оксигена очень полярная, то есть общие электронные пары значительно смещены в сторону атома Оксигена. Благодаря этому на атомах Гидрогена появляется «дефицит» электронов и возникает некоторый частичный положительный заряд.

Значит, между атомом Оксигена одной молекулы воды и атомом Гидрогена другой молекулы возникает дополнительное взаимодействие:

Такое взаимодействие называют водородной связью и обозначают рядом точек (рис. 5.1). Эта связь не так сильна, как ковалентная, но ее достаточно, чтобы удерживать молекулы воды вместе.

Рис. 5.1. Атомы Гидрогена и Оксигена в молекуле воды образуют водородные связи с соседними молекулами

• Водородная связь — это взаимодействие атома Гидрогена, соединенного с электроотрицательным атомом (Оксигена, Нитрогена или Флуора), одной молекулы со значительно более электроотрицательным атомом другой молекулы.

Влияние водородной связи на физические свойства веществ

В воде атом Оксигена благодаря двум неподеленным электронным парам образует связи с атомами Гидрогена двух соседних молекул воды. В свою очередь атомы Гидрогена этой молекулы образуют связи с атомами Оксигена других молекул воды (рис. 5.2). Таким образом каждая молекула воды может образовать по четыре водородные связи с другими молекулами воды. Это обусловливает специфические свойства воды: в твердом состоянии плотность льда меньше по сравнению с жидкой водой, поэтому при замерзании вода расширяется (рис. 5.3).

Рис. 5.2. Кристаллические решетки твердой воды: каждая молекула образует по четыре водородные связи с соседними молекулами

Рис. 5.3. В жидкой воде молекулы расположены неупорядоченно и близко друг к другу; во льду молекулы расположены упорядоченно и на большем расстоянии, поэтому лед легче воды (а). При замерзании вода расширяется, в результате чего закрытая стеклянная бутылка, полная воды, в морозилке лопается (б)

Благодаря дополнительному связыванию молекул водородными связями вода обладает аномальными физическими свойствами. Так, молекулярные вещества с небольшими молекулярными массами имеют низкие температуры кипения и плавления. Но благодаря водородным связям у воды аномально высокая температура кипения (M_r = 18, t_кип. = +100 °С) по сравнению, например, с кислородом (M_r = 32, t_кип. = -183 °С), гидроген сульфидом (M_r = 34, t_кип. = -60,8 °С), гидроген йодидом (M_r = 128, t_кип. = -35,4 °С). Среди этих веществ у воды молекулы самые легкие, а температура кипения — самая высокая, поскольку на разрушение дополнительного взаимодействия нужно больше энергии (дополнительный нагрев). Наличие водородных связей обусловливает большое поверхностное натяжение воды, благодаря чему многие насекомые способны перемещаться по воде.

Возможностью образования водородных связей с молекулами других веществ, которые также способны образовывать такие связи, объясняется хорошая растворимость многих веществ в воде: спирта, сахара, ацетона, уксусной кислоты и др.

Наличие дополнительного связывания молекул водородными связями также приводит к аномально высокой теплоемкости воды: чтобы ускорить тепловое движение, молекулам необходимо значительно больше теплоты. Такая особенность воды имеет большое значение для формирования климата Земли. Вблизи морей и океанов климат мягче, чем в центре континентов.

Водородную связь могут образовывать не только молекулы воды, но и молекулы других веществ: неорганических (гидроген флуорида HF, аммиака NH₃ и др.) и органических (этилового спирта, ацетона, уксусной кислоты и др.), что объясняет их хорошую растворимость в воде.

Благодаря водородным связям молекулы белков и нуклеиновых кислот имеют спиральное строение, о чем вы подробнее узнаете на уроках биологии и при изучении органической химии.

Ключевая идея

Водородная связь — особый тип межмолекулярного взаимодействия. Наличие водородных связей обусловливает аномальные физические свойства воды, а также растворимость многих веществ.

Контрольные вопросы

54. Какую связь называют водородной? Благодаря чему она образуется?
55. Как влияет наличие водородной связи на физические свойства воды?
56. Сравните приведенные в тексте параграфа молекулярные массы соединений и их температуры кипения. Какой факт свидетельствует о наличии водородной связи между молекулами воды?
57. Почему возможность образования водородной связи влияет на растворимость веществ, теплоемкость и поверхностное натяжение воды?

Задания для усвоения материала

58*. Используя пластилин или другой материал, изготовьте модели молекул воды и соедините их водородными связями, как показано на рисунке 5.2. По возможности создайте компьютерную модель.

59*. В дополнительных источниках найдите информацию о влиянии водородной связи на физические свойства веществ и ее роль в биологических системах.

ГДЗ к учебнику можно найти тут.

Попередня

Сторінка

Наступна

Сторінка

В трубах, используемых для транспортировки питьевой воды в домашней водопроводной системе, используются материалы, отличные от тех, которые используются для труб, по которым подается сточная вода. В вашем доме может быть водопроводная система, в которой для водопроводных труб используется только один тип материала, но не удивляйтесь, обнаружив несколько типов труб, особенно в старых домах, в которых неоднократно ремонтировалась или обновлялась сантехника.

Оцинкованная труба – это стальная труба, обработанная цинковым покрытием. Это оцинкованное покрытие предотвращает коррозию трубы водой. Когда-то это был самый распространенный тип труб для водопроводных сетей, но из-за труда и времени, затрачиваемых на резку, нарезание резьбы и установку оцинкованных труб, они больше не используются, за исключением ограниченного использования при ремонте. Тем не менее, оцинкованные трубы для водоснабжения по-прежнему используются в более крупных коммерческих целях.
Если у вас есть дом до 1960-х годов, у вас все еще могут быть оцинкованные водопроводные трубы. Срок службы оцинкованных труб составляет около 40 лет. Если ваша водопроводная система из оцинкованной стали приближается к этому возрасту, вероятно, рекомендуется обновить ее. Если трубы все еще в хорошем состоянии, в хозяйственных магазинах есть множество фитингов, и они могут нарезать оцинкованные трубы и нарезать резьбу в соответствии с вашими потребностями.
Медные трубы в основном используются для распределения горячей и холодной воды, а также регулярно используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для линий хладагента. Хотя когда-то он использовался в газопроводах, в некоторых юрисдикциях это больше не разрешено. Медные трубы работают как под землей, так и над землей, но на медь могут воздействовать некоторые почвы, и при использовании под землей она должна иметь защитную оболочку.
В течение многих лет медь была золотым стандартом для водопроводных труб, так как оцинкованная сталь потеряла популярность. Медные водопроводные трубы могут прослужить до 50 лет, но по мере старения медь истончается, что в конечном итоге приводит к точечным утечкам. Совсем недавно различные формы пластика заменили медь в качестве фаворита, хотя медные трубы и фитинги по-прежнему широко доступны. Из-за цены на медь и более длительных работ, необходимых для установки, многие строители перешли на альтернативные водопроводные трубы, особенно PEX. В зависимости от города, в котором вы живете, или коммерческого или жилого применения, медь по-прежнему широко используется вместо труб CVPC и PEX.
Медь бывает разной толщины, которая маркируется буквами M, L и K. М — самый тонкий сорт меди. Медь можно соединить различными способами, включая компрессионные фитинги, вставные фитинги или пайку. Медь K используется в подземных применениях и в условиях высокого давления. Медная труба M используется в системах отопления и не разрешена для водопровода в некоторых юрисдикциях, поскольку она не может выдерживать воду под высоким давлением.
ПВХ — это аббревиатура, обозначающая поливинилхлорид . Из различных типов пластиковых труб, используемых для водоснабжения, трубы из ПВХ имеют широкий спектр применения в сантехнике, но в основном используются для дренажа. ПВХ редко используется в системах питьевого водоснабжения, и во многих юрисдикциях он не считается безопасным для питья. ПВХ также очень распространен в бассейнах и спа-системах. Труба из ПВХ часто бывает белой, но может быть и других цветов. Вы часто можете сказать, для чего он используется, по цветам и отметкам на трубке. Например, фиолетовая трубка с черными буквами — это 9.0042 иногда используется для оборотной воды. ПВХ также бывает различной толщины, называемой , график . Графики 40 являются общими для труб, используемых для распределения воды.
Соединения из ПВХ выполняются с использованием грунтовки, которая смягчает ПВХ, а затем с помощью клея для ПВХ, который сплавляет соединения и трубы. Труба из ХПВХ всегда должна иметь четкую маркировку, если она используется для питьевой (питьевой) воды. В коммерческих целях все трубопроводные системы маркируются.
Аббревиатура ХПВХ расшифровывается как хлорированный поливинилхлорид. Часто (но не всегда) это пластик кремового или кремового цвета. Этот тип трубы может выдерживать температуры примерно до 180 градусов по Фаренгейту или около того (это зависит от графика), поэтому его можно использовать как для линий горячей, так и для холодной воды.
PEX означает сшитый полиэтилен марки . Иногда его называют XLPEl. Обладая хорошей устойчивостью как к горячим, так и к холодным температурам, PEX обычно используется как для линий горячей, так и для холодной воды в домах, а также для водяных систем отопления (таких как системы лучистого пола).
PEX считается более долговечным, чем медь, с вероятным сроком службы более 50 лет. Для профессиональных сантехников трубы PEX в настоящее время в значительной степени заменили медь и другие пластмассы, используемые для водопроводных труб. Они предпочитают PEX из-за его низкой стоимости и потому, что он поставляется в виде длинных рулонов труб, которые легко транспортировать. Поскольку гибкую трубку можно сгибать вокруг углов, требуется меньше колен и других фитингов, что ускоряет установку.

Боб Формисано — лицензированный архитектор и строитель с почти 40-летним опытом строительства новых домов и восстановления старых домов. Одной из его специальностей является ремонт старых систем, построенных еще в 1920-х годах, включая оцинкованные водопроводные трубы, проводку с ручкой и трубкой и многое другое. Его статьи о ремонте дома для The Spruce написаны более 10 лет назад.

Ричард Эпштейн — лицензированный мастер-сантехник с более чем 40-летним опытом работы в сфере сантехники для жилых и коммерческих помещений. Он специализируется на оценке, а также проектировании и инжиниринге сантехнических систем и работает в одной из крупнейших профсоюзных строительных компаний Нью-Йорка.

Александра Кей — писатель, специалист по проверке фактов, исследователь и редактор, которая проверяет точность статей The Spruce и добавляет ссылки на источники. Алекс часто пишет для b2b и b2c изданий. Когда она не пишет и не проверяет факты для печатных или онлайн-статей, Алекс работает адъюнкт-профессором английского языка в местном колледже.

Ваша домашняя водопроводная система будет иметь различные типы трубных материалов для различных целей, включая снабжение пресной водой, дренаж сточных вод, ирригацию, газовые трубы для приборов и так далее. Какой тип используется в каком приложении, будет во многом зависеть от возраста вашей сантехнической системы? В старой водопроводной системе может преобладать чугун и оцинкованное железо, в то время как в новом доме почти исключительно используются пластиковые трубы различных типов.

Некоторые пластиковые трубы, используемые в сантехнике (например, ПВХ и ХПВХ), также могут использоваться для вентиляции высокоэффективных конденсационных печей. Тем не менее, , это будет обзор материалов для труб, используемых в сантехнике. Это наиболее распространенные типы материалов для сантехнических труб, которые можно найти в домах разного возраста, для чего они используются, а также обзор того, как их резать и скреплять между собой. Вот типы сантехнических материалов, используемых в трубопроводах для канализационных линий, труб водоснабжения и подачи природного газа:

Описание: Высококачественная канализационная канализационная труба, тяжелая и хорошо поглощающая шум текущей сточной воды. Эта труба прочная и долговечная, но ее трудно разрезать — часто для этого требуется специальный режущий инструмент с острыми цепными режущими колесами. Ремонт часто производится с использованием пластиковых труб из ПВХ. Чугун редко используется в новом строительстве; вместо этого многие используют пластиковые трубы из ПВХ или АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол).
Резка и подгонка: Требуется мощная сабельная пила или специальный режущий инструмент, называемый чугунным труборезом. Соединение чугунных труб и фитингов вместе осуществляется с помощью специальных методов, в том числе свинца и пакли в соединениях канализационных труб, ступичных фитингов или бесступичных муфт с использованием прижимных лент и других методов, обычно незнакомых домовладельцу.
Описание: ПВХ теперь де-факто является стандартным материалом для бытовых мусоропроводов. Это прочная, химически стойкая жесткая труба, в некоторой степени термостойкая, легко разрезаемая и подгоняемая. Он часто используется для ремонта участков сломанной чугунной канализационной трубы, а также для ремонта других дренажных линий.
Резка и подгонка: Труба ПВХ легко режется ножовкой или труборезом. Секции соединяются друг с другом механически, с использованием пластиковых напорных фитингов для последующего удаления, или постоянно соединяются с помощью специального химического растворителя.
ПРИМЕЧАНИЕ: Вы можете заметить еще одну пластиковую трубу, используемую в вашей домашней водопроводной системе — черную пластиковую трубу. Это ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол), который в значительной степени был заменен ПВХ в новом строительстве и ремонте сантехники, в основном потому, что он разлагается под воздействием солнечного света. Если у вас есть труба из АБС, она режется и устанавливается теми же методами, что и для ПВХ.
Описание: Труба из оцинкованного железа когда-то была популярным методом прокладки водопроводных линий в доме, но постепенно выходит из строя из-за коррозии и ржавчины. По этой причине он больше не используется широко и был в значительной степени заменен медной трубой или пластиковой трубой PEX. Трубу из оцинкованного железа трудно разрезать и соединить, и домовладельцу нелегко изготовить ее на месте. Ремонт обычно производится путем замены труб на медные или PEX.
Описание: Медная труба бывает двух типов: жесткая и гибкая. Жесткий тип имеет несколько толщин стенок: K, L и M. Тип M обычно используется для водопроводных труб. Медь на протяжении десятилетий зарекомендовала себя как устойчивая к коррозии и очень надежная. Медь — мягкий металл, легко поддается резке и обработке. Он также подвержен повреждениям, со временем в нем могут образоваться точечные отверстия, и он может разорваться из-за замерзшей воды в трубах.
Преобладающее применение: Жесткие медные трубы используются для более длинных водопроводов, а в некоторых случаях и в качестве канализационных труб в доме. Гибкая медь используется на коротких участках, для водоснабжения, а также для водопроводных труб для холодильников и посудомоечных машин. Медь также может быть использована для газопровода.
Резка и подгонка: Медная труба легко режется труборезом или ножовкой. Секции соединяются между собой припаянными медными соединителями или медными компрессионными фитингами. Гибкая медная труба также может заканчиваться развальцовкой ее конца и использованием латунных развальцовочных фитингов.
Резка и подгонка: Труба легко режется труборезом или ножовкой. ХПВХ соединяется неразъемно с помощью пластиковых фитингов и растворяющего клея или с помощью зажимных фитингов, когда в будущем может потребоваться разборка труб.
Описание: PEX изготовлен из сшитого полимера HDPE (полиэтилена высокой плотности) и представляет собой невероятный материал для изготовления труб, который используется с 1970-х годов. PEX прочен и гибок, выдерживает температуры от ниже 32 F до 200 F. PEX устойчив к коррозии, и, в отличие от медных труб, в нем не образуются точечные отверстия. Поскольку PEX является гибким и использует меньше соединений и фитингов, его проще и быстрее установить. Уменьшенное количество необходимых фитингов в системе PEX также снижает вероятность утечек.