Вода. Вода химия
Вода в химии
Вода как растворитель имеет громадное значение и в промышленности, и в быту. Трудно найти какое-нибудь производство, в котором вода не использовалась бы как растворитель. Возьмём, например, производство сахара. Горячая вода извлекает из тонких стружек сахарной свёклы сахар; затем после очистки раствор упаривается, и из него выделяются кристаллы сахара. Без воды работа сахарного завода немыслима. Невозможно себе представить выделку кожи, травление и крашение различных тканей, мыловарение и множество других производств без использования водных растворов различных веществ.
Вода как растворитель представляет особенно большой интерес для химии.
Химики очень часто применяют воду для очистки получаемых ими продуктов. Эта очистка основана на том, что большинство веществ растворяется в горячей воде лучше, чем в холодной. Так, например, в 100 граммах воды при температуре в 100 градусов растворяется 342 грамма едкого натрия, а при 20 градусах 109 граммов, при 100 градусах в том же количестве воды растворяется 291 грамм борной кислоты, а при 20 градусах около 40 граммов. Желая получить чистое вещество, поступают так. Загрязнённое вещество растворяют в воде до тех пор, пока не получится насыщенный раствор, т. е. такой, в котором вещество больше уже не растворяется. Затем фильтрованием удаляют нерастворимые примеси и охлаждают жидкость. При этом образуется пересыщенный раствор, из которого по мере понижения температуры выпадает всё больше и больше чистых кристаллов вещества. Растворимые же примеси остаются в растворе. Растворение и кристаллизацию повторяют несколько раз, в зависимости от того, насколько чистый продукт надо получить. Если растворимость изменяется с повышением температуры незначительно (как, например, у поваренной соли: при 100 градусах в 100 граммах воды растворяется 39,1 грамма соли, а при нуле градусов 35,6 грамма), растворы упаривают. Так получают, например, выварочную соль.
Однако вода ценна не только как средство для очистки веществ. Очень часто она играет незаменимую роль как единственно возможная среда для протекания тех или иных химических процессов.
Одним из условий возникновения реакции является столкновение участвующих в ней молекул. В случае, если взаимодействуют газообразные вещества или жидкости, такое столкновение осуществляется легко: молекулы газов и жидкостей достаточно подвижны. Но как провести реакцию между твёрдыми веществами? Ведь в них движение молекул весьма стеснено, так как каждая из молекул закреплена в определённом месте кристалла, где она может только колебаться. Вы можете насыпать в стакан немного соли и лимонной или щавелевой кислоты, но реакции между ними не дождётесь: эта смесь может простоять без всяких изменений сколь угодно долго. Как же быть? Здесь на помощь снова приходит вода. Прибавьте в тот же стакан воды. Сода и кислота растворятся в воде, и мельчайшие частички их получат возможность сталкиваться друг с другом. Между ними моментально начнётся химическая реакция, которую легко заметить по выделению из раствора пузырьков одного из продуктов реакции — углекислого газа.
Известно, что очень крепкую серную кислоту можно свободно перевозить в стальных цистернах — корпус цистерны ею не разрушается. Но если серная кислота разбавлена водой, стальные цистерны использовать уже нельзя, так как водный раствор серной кислоты легко разъедает железо.
Вещества не взаимодействуют друг с другом, если они не растворены, — гласит старинное правило химиков.
Вода отличается ещё одним важным свойством: она сама способна соединяться с очень многими веществами, быть активным участником различных химических процессов.
Вода способна соединяться с простыми веществами как металлами, так и неметаллами.
Например, неметалл хлор даёт с водой смесь кислот: соляную и хлорноватистую. Если хлор пропускать через воду, к которой прибавлен едкий натр, то в результате реакции получается «жавелевая вода», хорошее белящее средство.
С натрием, калием и некоторыми другими металлами вода бурно взаимодействует. При этом получаются едкие щёлочи и выделяется газ водород.
Вода вступает в реакции и со многими сложными веществами. Мы здесь укажем только несколько примеров этих реакций, приводящих к образованию очень важных в химической промышленности веществ — оснований (или гидроокисей) и кислот.
www.prostovoda.net
Химия воды - химия, уроки
ХИМИЯ ВОДЫ
План урока
Реклама урока
Строение молекулы воды
Почему вода - жидкость?
Изотопные модификации воды
Когда вода бывает тяжелой?
Физические свойства
Почему вода собирается в капли?
Химические свойства
Как с помощью воды зажечь свечу?
Номенклатура
Что такое монооксид дигидрогена?
Строение молекулы воды
Почему вода может находиться в жидком и даже в твердом состоянии (лед) в обычных условиях, в которых похожие соединения водорода с более тяжелыми элементами (серой, селеном и т.д.) газообразны?
Все дело в водородных связях.
Водородная связь – это химическая связь между положительно поляризованными атомами водорода и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов, имеющих неподеленные электронные пары ( O, F, N ).
При наличии такой химической связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (вода, спирт) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).
Задача
Условие 1. Вода — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета, запаха и вкуса. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Химическая формула: H 2 O , где водород и кислород находятся в соотношении 2:1.
Условие 2. Водород при взаимодействии с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый «гремучий газ». Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1.
2H 2(г) + O 2(г) → 2H 2 O (г) + 484 кДж
Противоречие. Если в состав воды и «гремучего газа» входят одни и те же элементы в одних и тех же соотношениях, тогда почему вода не взрывается?
Ответ
«Гремучий газ» - это смесь двух газов, а не вещество. Его взрывчатые свойства обусловлены горением водорода в кислороде с выделением большого количества энергии, которое проявляется в виде взрыва.
Вода же является веществом, в котором водород и кислород находятся в виде элементов, связанных химическими связями.
Когда вода бывает «тяжелой»?
Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер.
Вода имеет 3 изотопных модификации:
- Легкая вода ( H 2 O ) – включает в себя стабильным изотоп водорода - протий.
- Тяжелая вода (D 2 O) – включает в себя дейтерий - стабильный изотоп водорода с атомной массой, равной 2 .
- Сверхтяжелая вода ( T 2 O ) - вода, в молекулах которой атомы водорода замещены атомами трития - радиоактивного изотопа водорода.
Почему вода собирается в капли?
Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, имеют избыток потенциальной энергии и поэтому стремятся втянуться внутрь так, что при этом на поверхности остается минимальное количество молекул. За счет этого вдоль поверхности жидкости всегда действует сила, стремящаяся сократить поверхность. Это явление получило название поверхностного натяжения жидкости.
Черная магия, или как с помощью воды зажечь свечу?
Эксперимент. На стол ставится канделябр со свечами. Заранее на каждый кончик свечи устанавливаем крошечные кусочки металлического натрия. Сеанс состоит в том, чтобы зажечь каждую из этих свечей, с помощью капли воды, вытекающей из кубика льда.
Объяснение. Щелочные металлы бурно реагируют с водой, освобождая водород,
2Na (т) + 2H 2 O (ж) = 2NaOH (ж) + H 2 (г)
который при контакте с атмосферным кислородом воспламеняется и заставляет гореть фитиль свечи:
2H 2(г) + O 2(г) → 2H 2 O (г)
Монооксид дигидрогена
Студенты Калифорнийского университета в 1990 году, распространили листовки, предупреждавшие о загрязнении воды опасным веществом — монооксидом дигидрогена.
Этот химикат используется в производстве как растворитель и охладитель, в ядерных реакторах, в производстве пестицидов. Химикат является основной составляющей кислотных дождей, способствует эрозии почвы, ускоряет коррозию и вредит большинству электроприборов, длительный контакт с химикатом в его твёрдой форме приводит к серьёзным повреждениям кожи человека, контакт с газообразной формой химиката приводит к сильным ожогам, вдыхание даже небольшого количества химиката грозит смертельным исходом, химикат развивает наркозависимость: жертвам при воздержании от потребления химиката грозит смерть в течение 168 часов.
Связи с этим, 1 апреля 1998 года член австралийского парламента объявил о начале кампании по запрещению дигидрогена монооксида на международном уровне.
И КАКОВО ЖЕ БЫЛО УДИВЛЕНИЕ ОБЩЕСТВЕННОСТИ, КОГДА ОНИ УЗНАЛИ, ЧТО МОНООКСИД ДИГИДРОГЕНА – ЭТО И ЕСТЬ ВОДА !
Вода имеет и другие названия:
- Оксид водорода
- Гидроксид водорода
- Гидроксильная кислота
- Оксидан
- Дигидромонооксид
Межпредметные связи
Спорт
Земледелие
(орошение)
Растворитель
ВОДА
Быт
Производства
Биология
(роль воды для
живых
организмов)
Гидрология
(изучение
природных вод)
Опорный конспект
Физические свойства
Изотопные модификации воды
Строение молекулы воды
Химические свойства
kopilkaurokov.ru
Вода в химии - 2
Всем знакома негашёная известь. Это — соединение металла кальция с кислородом или окись кальция. Её получают накаливанием известняка и используют в качестве строительного материала. Если негашёную известь облить водой, то вода химически соединится с нею. Этот процесс называется гашением, а получающийся продукт — гашёной известью или гидроокисью кальция. Она находит широкое техническое применение.
Таким же способом — соединением окислов металлов с водой — могут быть получены и многие другие гидроокиси.
При взаимодействии воды с неметаллическими окислами получаются также необходимые для промышленности продукты — кислоты. Так, окисел азота (двуокись), растворяясь в воде, образует азотную и азотистую кислоты. Эта реакция используется в химической промышленности для получения азотной кислоты. Она же приводит к образованию аммиачной селитры из аммиака, воды и азота в воздухе во время грозы.
Не менее важна реакция между водой и трёхокисью серы: продукт этой реакции — серная кислота, имеющая применение во многих отраслях промышленности.
Во всех перечисленных здесь веществах, которые образуются при участии воды, вода входит в состав вещества как неотъемлемая часть. Это — так называемая конституционная вода. Выделить конституционную воду, не разрушая вещества, нельзя.
Но есть такие соединения веществ с водой, в которых взаимодействующие молекулы сохраняют некоторую самостоятельность. Это — так называемые кристаллогидраты. Они получаются при кристаллизации веществ из водных растворов. Частицы растворённого вещества прочно удерживают около себя молекулы воды, и эти молекулы полностью или частично входят в состав выделяющихся из раствора кристаллов.
Содержащаяся в кристаллах вода, кристаллизационная вода, находится в соединении с молекулами вещества в строго определённых количествах. Так, в кристаллах медного купороса каждая молекула купороса связывает одну, три или пять молекул воды, в кристаллах соды — десять молекул, в кристаллах азотнокислого олова — двадцать молекул воды. Поваренная соль, сахар и многие другие вещества кристаллизуются без воды. Исследования тепловых, электрических и других свойств кристаллогидратов показали, что кристаллизационная вода ведёт себя как твёрдое вещество.
Многие кристаллогидраты непрочны. Так, например, сода теряет свою кристаллизационную воду, находясь просто в воздухе: её прозрачные кристаллы мутнеют и рассыпаются в порошок. Кристаллы медного купороса теряют 80 процентов воды при нагревании до 100 градусов, а остальные 20 процентов только при 240 градусах. При этом синие кристаллы превращаются в белый порошок.
Процесс потери кристаллизационной воды называется выветриванием.
Некоторые безводные кристаллы очень жадно притягивают к себе воду, причём притягивают её в гораздо большем количестве, чем это нужно для образования соответствующего кристаллогидрата; в результате этого они расплываются. Так расплываются поташ, хлористый кальций. Эти вещества используются как поглотители влаги при высушивании различных веществ.
Нам осталось сказать ещё об одном важном для химии свойстве воды — о её способности ускорять течение различных реакций.
Многие химические реакции протекают с неизмеримо малой скоростью, но в присутствии даже ничтожных количеств определённых веществ идут в сотни и тысячи раз быстрее. Вещества, которые ускоряют течение химической реакции, но сами не входят в состав конечных продуктов реакции, называются катализаторами. К числу катализаторов относится и вода, причём каталитическое действие её весьма разносторонне.
Мы знаем, что железо на воздухе ржавеет, что гремучий газ при нагревании взрывается, плавиковая кислота разъедает стекло, натрий и фосфор быстро окисляются на воздухе, хлор активно действует на металлы… Но оказывается, что во всех этих случаях катализатором является вода. При полном отсутствии влаги скорость этих процессов ничтожна. Сухой гремучий газ, например, не взрывается даже при значительном нагревании, а железо в воздухе, лишённом воды, становится таким же устойчивым, как золото или платина.
Можно сказать, что если бы вода не обладала каталитическим действием, мы составили бы совершенно иное представление о химических свойствах окружающих нас веществ.
www.prostovoda.net
