VÍZ
A vízmolekula egy oxigénatomból és két hidrogénatomból áll, amelyek 104,5°-os szögben kapcsolódnak hozzá.
A vízmolekulában lévő kötések közötti 104,5°-os szög meghatározza a jég és a folyékony víz morzsalékonyságát, és ennek következtében a sűrűség hőmérséklettől való rendellenes függését. Ezért a nagy víztömegek nem fagynak le a fenékig, ami lehetővé teszi bennük az életet.
Fizikai tulajdonságok
VÍZ, JÉG ÉS GŐZ,H 2 O molekulaképletű kémiai vegyület folyékony, szilárd és gáz halmazállapota.
A molekulák közötti erős vonzás miatt a víz magas olvadásponttal (0 C) és forrásponttal (100 C) rendelkezik. A vastag vízréteg kék színű, amelyet nemcsak fizikai tulajdonságai határoznak meg, hanem a szennyeződések szuszpendált részecskéi is. A hegyi folyók vize zöldes színű a benne lévő lebegő kalcium-karbonát részecskék miatt. A tiszta víz rossz elektromos vezető. A víz sűrűsége maximum 4°C-on egyenlő 1 g/cm3. A jég sűrűsége kisebb, mint folyékony vízés a felszínére úszik, ami télen nagyon fontos a tározók lakói számára.
A víz kiemelkedően nagy hőkapacitású, ezért lassan melegszik fel és lassan hűl le. Ennek köszönhetően a vízmedencék szabályozzák a hőmérsékletet bolygónkon.
A víz kémiai tulajdonságai
A víz nagyon reaktív anyag. Normál körülmények között számos bázikus és savas oxiddal, valamint alkáli- és alkáliföldfémekkel reagál. A víz számos vegyületet képez - kristályos hidrátokat.
Az elektromos áram hatására a víz hidrogénre és oxigénre bomlik:
2H2O elektromosság= 2 H 2 + O 2
Videó "A víz elektrolízise"
- Magnézium a forró víz reagálva oldhatatlan bázist képez:
Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + H 2
- A berillium vízzel amfoter oxidot képez: Be + H 2 O = BeO + H 2
1. Az aktív fémek a következők:
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr– 1 „A” csoport
kb, Sr, Ba, Ra– 2. „A” csoport
2. Fém tevékenység sorozat
3. Az alkáli vízben oldódó bázis, összetett anyag, amely aktív fémet és egy hidroxilcsoportot (OH) tartalmaz. én).
4. Közepes aktivitású fémek a feszültségtartományban tól MgelőttPb(alumínium speciális helyzetben)
Videó "A nátrium kölcsönhatása vízzel"
Emlékezik!!!
Az alumínium vízzel reagál, mint az aktív fémek, és bázist képez:
2Al + 6H 2 O = 2Al( Ó) 3 + 3H 2
A minta segítségével írja fel a kölcsönhatási reakcióegyenleteket:
VAL VELO2 + H2O =
SO 3 + H 2 O =
Cl 2 O 7 + H 2 O =
P 2 O 5 + H 2 O (forró) =
N 2 O 5 + H 2 O =
Emlékezik! Csak az aktív fémek oxidjai lépnek reakcióba vízzel. A közepes aktivitású fémek oxidjai és a hidrogén után érkező fémek az aktivitássorokban nem oldódnak vízben, például CuO + H 2 O = reakció nem lehetséges.
Videó "Fém-oxidok kölcsönhatása vízzel"
Li + H 2 O =
Cu + H2O =
ZnO + H2O =
Al + H 2 O =
Ba + H 2 O =
K 2 O + H 2 O =
Mg + H2O =
N 2 O 5 + H 2 O =
A víz a Föld bolygó legelterjedtebb oldószere, amely nagymértékben meghatározza a földi kémia, mint tudomány természetét. A kémia nagy része, mint tudomány kezdetén, pontosan az anyagok vizes oldatainak kémiájából indult ki. Néha amfolitnak tekintik – egyszerre savnak és bázisnak is (H+-anion OH−). Idegen anyagok hiányában a vízben a hidroxidionok és a hidrogénionok (vagy hidrogénionok) koncentrációja azonos, pKa ≈ kb. 16.
A víz kémiailag meglehetősen aktív anyag. Az erősen poláris vízmolekulák ionokat és molekulákat szolvatálnak, és hidrátokat és kristályos hidrátokat képeznek. A szolvolízis és különösen a hidrolízis élő és élettelen természetben is előfordul, és széles körben alkalmazzák a vegyiparban.
A víz szobahőmérsékleten reagál:
Aktív fémekkel (nátrium, kálium, kalcium, bárium stb.)
Halogénekkel (fluor, klór) és interhalogén vegyületekkel
Gyenge sav és gyenge bázis alkotta sókkal, amelyek teljes hidrolízisüket okozzák
Karbon- és szervetlen savak anhidridjeivel és savhalogenideivel
Aktív fémorganikus vegyületekkel (dietil-cink, Grignard-reagensek, metil-nátrium stb.)
Karbidokkal, nitridekkel, foszfidokkal, szilicidekkel, aktív fémek hidrideivel (kalcium, nátrium, lítium stb.)
Sok sóval, hidrátokat képezve
Boránokkal, szilánokkal
Keténekkel, szén-dioxiddal
Nemesgáz fluoridokkal
A víz melegítéskor reagál:
Vassal, magnéziummal
Szénnel, metánnal
Néhány alkil-halogeniddel
A víz katalizátor jelenlétében reagál:
Amidokkal, karbonsavak észtereivel
Acetilénnel és más alkinokkal
Alkénekkel
Nitrilekkel
A víz kémiai tulajdonságait szerkezetének sajátosságai határozzák meg. A víz meglehetősen stabil anyag, ha legalább 1000 ° C-ra melegítik (termikus disszociáció), vagy ultraibolya sugárzás hatására (fotokémiai disszociáció) kezd bomlani.
A víz kémiailag aktív vegyület. Például fluorral reagál. A klór hevítéskor vagy fény hatására lebontja a vizet, és atom oxigént szabadít fel:
H2O + Cl2 = HCl + HClO (HClO = HCl + O)
Normál körülmények között kölcsönhatásba lép az aktív fémekkel:
2H2O + Ca = Ca(OH) 2 + H2
2H2O + 2Na = 2NaOH + H2
A víz számos nemfémmel is reagál. Például az atomos oxigénnel való kölcsönhatás során hidrogén-peroxid képződik:
H2O + O = H2O2
Sok oxid reagál vízzel bázisokat és savakat képezve:
CO2 + H2O = H2CO3
CaO + H2O = Ca(OH)2
Néhány sóval kölcsönhatásba lépve kristályos hidrátok képződnek. Melegítéskor elveszítik a kristályvizet:
Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3*10H2O
A víz a legtöbb sót is lebontja (úgynevezett hidrolízis).
A nemesfémek nem lépnek reakcióba vízzel.
A fő ionok mellett, amelyeknek a víztartalma meglehetősen magas, számos elem: nitrogén, foszfor, szilícium, alumínium, vas, fluor 0,1-10 mg/l koncentrációban van jelen. Ezeket mezoelemeknek nevezik (a görög „mesos” szóból - „átlagos”, „közepes”).
A nitrogén nitrátok formájában NO3- az esővízzel együtt, aminosavak, karbamid (NH2)2CO és ammóniumsók NH4+ formájában pedig a szerves maradékok bomlása során kerül a tározókba.
A foszfor a vízben hidrogén-foszfátok HPO32- és dihidrogén-foszfátok H2PO3- formájában fordul elő, amelyek a szerves maradványok bomlásakor keletkeznek.
A szilícium a természetes vizek kémiai összetételének állandó összetevője. Ezt segíti elő – más komponensekkel ellentétben – a szilíciumvegyületek kőzetekben mindenütt jelenléte, és csak az utóbbiak alacsony oldhatósága magyarázza a víz alacsony szilíciumtartalmát. A szilícium koncentrációja a természetes vizekben általában néhány milligramm literenként. A felszín alatti vizekben megnövekszik, és gyakran eléri a tíz milligrammot literenként, a forró termálvizekben pedig akár több százat is. A szilícium oldhatóságát a hőmérsékleten kívül nagyban befolyásolja az oldat pH-értékének emelkedése. Viszonylag alacsony szilíciumtartalom felszíni vizek, gyengébb, mint a szilícium-dioxid oldhatósága (125 mg/l 26 °C-on, 170 mg/l 38 °C-on), olyan folyamatok jelenlétét jelzi a vízben, amelyek csökkentik annak koncentrációját. Ezek közé tartozik a szilíciumfogyasztás vízi élőlények, amelyek közül sok, például a kovamoszat, szilíciumból építi fel vázát. Ezenkívül a kovasavat, mivel gyengébb, szénsav kiszorítja az oldatból:
Na4SiO4 + 4CO2 + 4H2O = H4SiO4 + 4NaHCO3
Az oldatban lévő szilícium instabilitása szintén hozzájárul ahhoz, hogy a kovasav bizonyos körülmények között géllé alakuljon. A nagyon enyhén ásványosodott vizekben a szilícium a víz kémiai összetételének jelentős és néha túlnyomó részét képezi, alacsony abszolút tartalma ellenére. A szilícium jelenléte a vízben komoly akadályt jelent a technológiában, hiszen a víz hosszú ideig tartó forralása során a szilícium nagyon kemény szilikátréteget képez a kazánokban.
Az alumínium az agyagokra (kaolinra) ható savak hatására kerül a víztestekbe:
Al2(OH)4 + 6H+ = 2SiO2 + 5H2O + 2Al3+
A vas fő forrása a vastartalmú agyag. A velük érintkező szerves maradványok (a továbbiakban: „C”) a vasat kétértékűvé redukálják, amely lassan kimosódik bikarbonát vagy huminsavsók formájában:
2Fe2O3 + "C" + 4H2O + 7CO2 = 4Fe(HCO3)2
Amikor a benne oldott Fe2+-ionokat tartalmazó víz levegővel érintkezik, a vas gyorsan oxidálódik, és barna Fe(OH)3-hidroxid csapadék képződik. Idővel mocsárércgé alakul - barna vasérc (limonit) FeO (OH). A karéliai lápi ércet a 18-19. században használták vas előállítására.
A víz felszínén lévő kékes film a Fe(OH)3, amely a Fe2+ ionokat tartalmazó talajvíz levegővel való érintkezésekor képződik. Gyakran összetévesztik az olajfóliával, de nagyon könnyű megkülönböztetni őket: a vas-hidroxid filmnek szaggatott szélei vannak. Ha a víz felületét enyhén megrázzák, a hidroxid film, az olajfilmtől eltérően, nem fog túlcsordulni.
A természetes víz kémiai összetételét az azt megelőző történelem határozza meg, azaz. a víz által körforgása során megtett út. Az ilyen vízben oldott anyagok mennyisége egyrészt azon anyagok összetételétől függ, amelyekkel érintkezésbe került, másrészt azoktól a feltételektől, amelyek között ezek a kölcsönhatások létrejöttek. Befolyásolás a kémiai összetétel a vizet a következő tényezők okozhatják: sziklák, talajok, élő szervezetek, emberi tevékenységek, éghajlat, domborzat, vízjárás, növényzet, hidrogeológiai és hidrodinamikai viszonyok stb. Nézzünk csak néhányat a víz összetételét befolyásoló tényezők közül.
A talajoldat és a talajon átszűrt légköri csapadék fokozhatja a kőzetek és ásványi anyagok oldódását. Ez a talaj egyik legfontosabb tulajdonsága, amely befolyásolja a természetes vizek összetételének kialakulását, és az élő szervezetek és a gyökér légzése során felszabaduló szén-dioxid koncentráció növekedésének eredménye a talajoldatban. rendszer a talajban és a szerves maradványok biokémiai lebontása. Ennek eredményeként a talajlevegő CO2-koncentrációja a jellemző 0,033%-ról nő légköri levegő, akár 1% vagy több is a talajlevegőben (nehéz agyagos talajokban a CO2 koncentrációja a talajlevegőben esetenként eléri az 5-10%-ot, ezáltal az oldat erős agresszív hatást fejt ki a kőzetekkel szemben). A talajon átszűrt víz agresszív hatását fokozó másik tényező a szerves anyag - a talaj humusza, amely a növényi maradványok átalakulása során képződik a talajban. A humusz összetételében elsősorban a humin- és fulvosavakat, valamint az egyszerűbb vegyületeket, például a szerves savakat (citromsav, oxálsav, ecetsav, almasav, stb.), az aminokat stb. kell megemlíteni, mint aktív reagenseket. A szerves savakkal és CO2-vel dúsított talajoldat nagymértékben felgyorsítja a talajban található alumínium-szilikátok kémiai mállását. Hasonlóképpen, a talajon átszűrődő víz felgyorsítja a talaj alatti alumínium-szilikátok és karbonát kőzetek kémiai mállását. A mészkő könnyen oldható (1,6 g/l-ig) kalcium-hidrogén-karbonátot képez:
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca(HCO3)2
Oroszország szinte teljes európai részén (Karélia és Murmanszk régió kivételével) a mészkövek, valamint a dolomitok MgCO3 CaCO3 meglehetősen közel fordulnak elő a felszínhez. Ezért az itteni víz főleg kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátot tartalmaz. Az olyan folyókban, mint a Volga, Don, Észak-Dvina és fő mellékfolyóik, a kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonát az összes oldott só 3/4-9/10-ét teszi ki.
A sók emberi tevékenység eredményeként is bejutnak a víztestekbe. Így télen nátrium- és kalcium-kloridot szórnak az utakra, hogy megolvadjon a jég. Tavasszal a kloridok az olvadékvízzel együtt a folyókba áramlanak. Oroszország európai részének folyóiban a kloridok harmadát ember vitte oda. Azokban a folyókban, amelyeken nagyvárosok állnak, ez az arány sokkal magasabb.
A terep közvetetten befolyásolja a víz összetételét, hozzájárulva a sók kimosódásához a kőzettömegből. A folyó eróziós bemetszésének mélysége elősegíti az ásványosabb talajvíz bejutását az alsóbb horizontokból a folyóba. Ezt segítik elő más típusú mélyedések (folyóvölgyek, szakadékok, szakadékok), amelyek javítják a vízgyűjtő terület vízelvezetését.
Az éghajlat teremti meg azt az általános hátteret, amely mellett a legtöbb olyan folyamat játszódik le, amelyek befolyásolják a természetes vizek kémiai összetételének alakulását. Az éghajlat elsősorban a hő-nedvesség egyensúlyát határozza meg, amely meghatározza a terület nedvességtartalmát és a vízhozam mennyiségét, és ebből adódóan a természetes oldatok hígítását, koncentrációját és az anyagok feloldódásának, kicsapódásának lehetőségét.
A víz kémiai összetételét és időbeli változásait nagymértékben befolyásolják a víztest energiaforrásai és ezek aránya. A hóolvadás időszakában a folyók, tavak és tározók vize alacsonyabb mineralizációjú, mint abban az időszakban, amikor a táplálék nagy része a talajvízből és a talajvízből származik. Ez a körülmény a tározók feltöltésének és a belőlük történő víz kibocsátásának szabályozására szolgál. A tározókat rendszerint a tavaszi árvíz idején töltik fel, amikor a befolyó víz kevésbé mineralizált.
A víz (hidrogén-oxid) egy bináris szervetlen vegyület, amelynek kémiai képlete H 2 O. A vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, amelyeket kovalens kötéssel kapcsolnak össze.
Hidrogén-peroxid.
Fizikai és kémiai tulajdonságok
Fizikai és Kémiai tulajdonságok a vizet a H 2 O molekulák kémiai, elektron- és térbeli szerkezete határozza meg.
A H 2 0 molekulában lévő H és O atomok stabil oxidációs állapotukban vannak, rendre +1 és -2; ezért a víz nem mutat kifejezett oxidáló vagy redukáló tulajdonságokat. Figyelem: a fém-hidridekben a hidrogén -1 oxidációs állapotban van.
A H 2 O molekulának szögletes szerkezete van. H-O kötvények nagyon sarkos. Az O atomon többlet negatív, a H atomokon pedig többlet pozitív töltés található. Általában a H 2 O molekula poláris, azaz. dipól. Ez magyarázza azt a tényt, hogy a víz jó oldószer az ionos és poláris anyagok számára.
A H és O atomokon feleslegben lévő töltések, valamint az O atomokon magányos elektronpárok jelenléte hidrogénkötések kialakulását idézi elő a vízmolekulák között, aminek következtében azok asszociációkká egyesülnek. Ezeknek a társulásoknak a megléte magyarázza a rendellenesen magas olvadáspont-értékeket. stb kip. víz.
A hidrogénkötések kialakulásával együtt a H 2 O molekulák egymásra gyakorolt kölcsönös hatásának eredménye az önionizációjuk:
az egyik molekulában a poláris heterolitikus hasítása O-N csatlakozások, és a felszabaduló proton egy másik molekula oxigénatomjához kapcsolódik. A kapott H 3 O + hidroniumion lényegében egy hidratált hidrogénion H + H 2 O, ezért a víz önionizációs egyenlete a következőképpen egyszerűsíthető:
H 2 O ↔ H + + OH -
A víz disszociációs állandója rendkívül kicsi:
Ez azt jelzi, hogy a víz nagyon enyhén disszociál ionokká, ezért a nem disszociált H 2 O molekulák koncentrációja szinte állandó:
BAN BEN tiszta víz[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l. Ez azt jelenti, hogy a víz nagyon gyenge amfoter elektrolit, amely sem savas, sem bázikus tulajdonságokat nem mutat észrevehető mértékben.
A víz azonban erős ionizáló hatással van a benne oldott elektrolitokra. A vízdipólusok hatására az oldott anyagok molekuláiban a poláris kovalens kötések ionossá alakulnak, az ionok hidratálódnak, a köztük lévő kötések gyengülnek, ami elektrolitikus disszociációt eredményez. Például:
HCl + H 2 O - H 3 O + + Cl -
(erős elektrolit)
(vagy a hidratáció figyelembevétele nélkül: HCl → H + + Cl -)
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (gyenge elektrolit)
(vagy CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)
A Brønsted-Lowry savakra és bázisokra vonatkozó elmélete szerint ezekben a folyamatokban a víz bázis (protonakceptor) tulajdonságait mutatja. Ugyanezen elmélet szerint a víz savként (protondonorként) működik például ammóniával és aminokkal való reakciókban:
NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -
CH 3 NH 2 + H 2 O ↔ CH 3 NH 3 + + OH -
Redox reakciók vízzel
I. Reakciók, amelyekben a víz oxidálószer szerepet játszik
Ezek a reakciók csak erős redukálószerekkel lehetségesek, amelyek képesek a vízmolekulákban lévő hidrogénionokat szabad hidrogénné redukálni.
1) Kölcsönhatás fémekkel
a) Normál körülmények között a H 2 O csak a réssel lép kölcsönhatásba. és alkáliföldfém. fémek:
2Na + 2H + 2O = 2NaOH + H 0 2
Ca + 2H + 2 O = Ca(OH) 2 + H 0 2
b) Magas hőmérsékleten a H 2 O reakcióba lép néhány más fémmel, például:
Mg + 2H + 2 O = Mg(OH) 2 + H 0 2
3Fe + 4H + 2O = Fe 2O 4 + 4H 0 2
c) Al és Zn lúgok jelenlétében kiszorítja a H2-t a vízből:
2Al + 6H + 2O + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2
2) Kölcsönhatás alacsony EO-tartalmú nemfémekkel (a reakciók zord körülmények között lépnek fel)
C + H + 2 O = CO + H 0 2 ("vízgáz")
2P + 6H + 2O = 2HPO 3 + 5H 0 2
Lúgok jelenlétében a szilícium kiszorítja a hidrogént a vízből:
Si + H + 2 O + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 0 2
3) Kölcsönhatás fém-hidridekkel
NaH + H + 2 O = NaOH + H 0 2
CaH 2 + 2H + 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 0 2
4) Kölcsönhatás szén-monoxiddal és metánnal
CO + H + 2 O = CO 2 + H 0 2
2CH 4 + O 2 + 2H + 2 O = 2CO 2 + 6H 0 2
A reakciókat iparilag hidrogén előállítására használják.
II. Reakciók, amelyekben a víz redukálószert játszik
Ezek a reakciók csak nagyon erős oxidálószerekkel lehetségesek, amelyek képesek a víz részét képező CO CO -2 oxigént szabad oxigén O 2-vé vagy 2- peroxid anionokká oxidálni. Kivételes esetben (F 2 -vel való reakcióban) c o-val oxigén képződik. +2.
1) Kölcsönhatás fluorral
2F 2 + 2H 2O-2 = O 0 2 + 4HF
2F 2 + H 2O -2 = O +2 F 2 + 2HF
2) Kölcsönhatás atomi oxigénnel
H 2 O -2 + O = H 2 O - 2
3) Klórral való kölcsönhatás
Magas T értéknél reverzibilis reakció megy végbe
2Cl 2 + 2H 2O-2 = O 0 2 + 4HCl
III. Az intramolekuláris oxidáció reakciói - a víz redukciója.
Elektromos áram hatására ill magas hőmérsékletű A víz hidrogénre és oxigénre bomlik:
2H + 2O-2 = 2H 0 2 + O 0 2
A termikus bomlás visszafordítható folyamat; A víz termikus bomlásának mértéke alacsony.
Hidratációs reakciók
I. Ionok hidratálása. A vizes oldatokban az elektrolitok disszociációja során keletkező ionok bizonyos számú vízmolekulához kötődnek, és hidratált ionok formájában léteznek. Egyes ionok olyan erős kötéseket képeznek a vízmolekulákkal, hogy hidrátjaik nem csak oldatban, hanem szilárd állapotban is létezhetnek. Ez magyarázza a kristályos hidrátok, például a CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7H 2 O stb., valamint az aqua komplexek képződését: CI 3, Br 4 stb.
II. Oxidok hidratálása
III. Több kötést tartalmazó szerves vegyületek hidratálása
Hidrolízis reakciók
I. Sók hidrolízise
Reverzibilis hidrolízis:
a) sókationnal
Fe 3+ + H 2 O = FeOH 2+ + H +; (savas környezet. pH
b) a sóanion szerint
CO 3 2- + H 2 O = HCO 3 - + OH-; (lúgos környezet. pH > 7)
c) a só kationjával és anionjával
NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O = NH 4 OH + CH 3 COOH (közel a semleges környezethez)
Irreverzibilis hidrolízis:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S
II. Fémkarbidok hidrolízise
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 ↓ + 3CH 4 netán
CaC 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2 acetilén
III. Szilicidek, nitridek, foszfidok hidrolízise
Mg 2 Si + 4H 2 O = 2Mg(OH) 2 ↓ + SiH 4 szilán
Ca 3 N 2 + 6H 2 O = ZCa(OH) 2 + 2NH 3 ammónia
Cu 3 P 2 + 6H 2 O = 3Сu(OH) 2 + 2РН 3 foszfin
IV. Halogének hidrolízise
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO
Br 2 + H 2 O = HBr + HBrO
V. Szerves vegyületek hidrolízise
osztályok szerves anyag |
Hidrolízis termékek (szerves) |
Haloalkánok (alkil-halogenidek) |
|
Aril-halogenidek |
|
Dihalogén-alkánok |
Aldehidek vagy ketonok |
Fém-alkoholátok |
|
Karbonsav-halogenidek |
Karbonsavak |
Karbonsavanhidridek |
Karbonsavak |
Karbonsavak komplex éterei |
Karbonsavak és alkoholok |
Glicerin és magasabb szénatomszámú karbonsavak |
|
Di- és poliszacharidok |
Monoszacharidok |
Peptidek és fehérjék |
α-aminosavak |
Nukleinsavak |
|
A fő anyag, amely lehetővé teszi az élet létezését a bolygón, a víz. Minden körülmények között szükséges. A folyadékok tulajdonságainak tanulmányozása egy egész tudomány - a hidrológia - kialakulásához vezetett. A legtöbb tudós vizsgálati tárgya az fizikai és kémiai tulajdonságok. Ezeket a tulajdonságokat értik: kritikus hőmérsékletek, kristályrács, szennyeződések és a kémiai vegyület egyéb egyedi jellemzői.
Kapcsolatban áll
Tanul
Víz formula minden iskolás ismeri. Ez három egyszerű jel, de a bolygón található minden teljes tömegének 75% -ában megtalálhatók.
H2O- ez két atom és egy - . A molekula szerkezete empirikus formát mutat, ezért a folyadék tulajdonságai az egyszerű összetétel ellenére is oly sokrétűek. Mindegyik molekulát szomszédok veszik körül. Egy kristályrács köti össze őket.
A szerkezet egyszerűsége lehetővé teszi, hogy a folyadék többféle aggregált állapotban létezzen. A bolygón egyetlen anyag sem dicsekedhet ezzel. A H2O ebben a tulajdonságában a második helyen áll a levegő után. Mindenki tisztában van a víz körforgásával, hogy miután elpárolog a föld felszínéről, valahol messze esik az eső vagy a hó. Klímaszabályozott pontosan a folyadék tulajdonságainak köszönhetően, amely képes hőt adni, miközben maga gyakorlatilag nem változtatja a hőmérsékletét.
Fizikai tulajdonságok
H2O és tulajdonságai sok kulcsfontosságú tényezőtől függ. A főbbek:
- Kristály cella. A víz szerkezetét, vagy inkább kristályrácsát aggregáltsági állapota határozza meg. Laza, de nagyon erős szerkezetű. A hópelyhek szilárd állapotban rácsot mutatnak, de a szokásos folyékony állapotban a víznek nincs tiszta kristályszerkezete, mozgékonyak és változékonyak.
- A molekula szerkezete egy gömb. De a befolyás gravitáció hatására a víz felveszi a benne lévő tartály alakját. A térben geometriailag helyes lesz az alakja.
- A víz reakcióba lép más anyagokkal, beleértve azokat is, amelyek nem megosztott elektronpárral rendelkeznek, beleértve az alkoholt és az ammóniát.
- Nagy hőkapacitású és hővezető képességgel rendelkezik, gyorsan felmelegszik és sokáig nem hűl ki.
- Iskola óta ismert, hogy a forráspont 100 Celsius fok. A folyadékban kristályok jelennek meg, amikor a hőmérséklet +4 fokra süllyed, de még nagyobb csökkenésnél jég képződik. A forráspont a H2O nyomásától függ. Van egy kísérlet, amelyben egy kémiai vegyület hőmérséklete eléri a 300 fokot, és a folyadék nem forr, hanem megolvasztja az ólmot.
- Egy másik fontos tulajdonság a felületi feszültség. A víz formula lehetővé teszi, hogy nagyon tartós legyen. A tudósok azt találták, hogy megtöréséhez 100 tonnánál nagyobb tömegű erőre lesz szükség.
Érdekes! A szennyeződésektől megtisztított (desztillált) H2O nem vezet áramot. A hidrogén-oxidnak ez a tulajdonsága csak a benne oldott sók jelenlétében jelenik meg.
Más funkciók
A jég az egyedi állapot, ami a hidrogén-oxidra jellemző. Laza kötéseket képez, amelyek könnyen deformálódnak. Ezenkívül a részecskék közötti távolság jelentősen megnő, így a jég sűrűsége sokkal kisebb, mint a folyadéké. Ez lehetővé teszi, hogy a tartályok ne fagyjanak be teljesen téli időszak, megőrzi az életet egy jégréteg alatt. A gleccserek nagy mennyiségű édesvízforrást jelentenek.
Érdekes! A H2O-nak van egy egyedi állapota, az úgynevezett hármaspont jelenség. Ilyenkor egyszerre három állapotában van. Ez az állapot csak 0,01 fokos hőmérsékleten és 610 Pa nyomáson lehetséges.
Kémiai tulajdonságok
Alapvető kémiai tulajdonságok:
- A vizet keménység szerint osztják a lágytól a közepestől a keményig. Ez a mutató az oldat magnézium- és káliumsó-tartalmától függ. Vannak olyanok is, amelyek állandóan a folyadékban vannak, és van, amelyiktől forralással megszabadulhatunk.
- Oxidáció és redukció. A H2O hatással van a kémiában vizsgált folyamatokra, amelyek más anyagokkal együtt fordulnak elő: egyeseket old, másokkal reakcióba lép. Bármely kísérlet eredménye attól függ a helyes választás milyen körülmények között zajlik.
- A biokémiai folyamatokra gyakorolt hatás. Víz bármely sejt fő része, benne, akárcsak egy környezetben, a szervezetben minden reakció bekövetkezik.
- Folyékony állapotban elnyeli az inaktív gázokat. Molekuláik a H2O molekulák között helyezkednek el az üregekben. Így keletkeznek a klatrátok.
- A hidrogén-oxid segítségével új anyagok keletkeznek, amelyek nem kapcsolódnak a redox folyamathoz. Ez körülbelül lúgokról, savakról és bázisokról.
- A víz másik jellemzője, hogy képes kristályos hidrátokat képezni. A hidrogén-oxid változatlan marad. A közönséges hidrátok közül a réz-szulfát különböztethető meg.
- Ha áthalad a kapcsolaton elektromosság, Azt a molekula gázokra bontható.
Fontosság egy személy számára
Nagyon régen az emberek felismerték a folyadék felbecsülhetetlen jelentőségét minden élőlény és a bolygó egésze számára. . Nélküle az ember nem tud élniés hetekig . Mi a fene hasznos akció ettől a leggyakoribb anyagtól a Földön?
- A legfontosabb alkalmazása a testben való jelenléte, azokban a sejtekben, ahol az összes legfontosabb reakció lezajlik.
- A hidrogénkötések kialakulása jótékony hatással van az élőlényekre, mert a hőmérséklet változásával a szervezetben lévő folyadék nem fagy meg.
- Az emberek régóta használják a H2O-t a mindennapi szükségletekre, a főzés mellett, mint például mosás, takarítás, fürdés.
- Senki ipari üzem folyadék nélkül nem működhet.
- H2O – élet és egészség forrása, ő gyógyszer.
- A növények fejlődésük és életük minden szakaszában használják. Segítségével oxigént állítanak elő, az élőlények életéhez oly szükséges gázt.
A legnyilvánvalóbbak mellett előnyös tulajdonságait, még mindig sok van belőlük.
A víz jelentősége az ember számára
Kritikus hőmérséklet
A H2O-nak, mint minden anyagnak, van hőmérséklete, amely kritikusnak nevezik. A víz kritikus hőmérsékletét a melegítés módja határozza meg. 374 Celsius-fokig a folyadékot gőznek nevezik, és bizonyos nyomáson még vissza tud fordulni szokásos folyékony állapotába. Ha a hőmérséklet meghaladja ezt a kritikus pontot, akkor a víz kémiai elem, visszafordíthatatlanul gázzá alakul.
Alkalmazás a kémiában
A H2O fő tulajdonsága - az oldódási képessége miatt - nagy érdeklődést mutat a vegyészek számára. A tudósok gyakran használják anyagok tisztítására, ezáltal kedvező feltételeket teremtve a kísérletek elvégzéséhez. Sok esetben olyan környezetet biztosít, amelyben a kísérleti tesztelés elvégezhető. Ezenkívül a H2O maga is részt vesz a kémiai folyamatokban, befolyásolva egyik vagy másik kémiai kísérletet. Nem fémes és fémes anyagokkal kombinálódik.
Három állam
A víz megjelenik az emberek előtt három állam, aggregátumoknak nevezzük. Ezek folyadék, jég és gáz. Az anyag összetételében azonos, de tulajdonságaiban eltérőek. U
A reinkarnálódás képessége a víz nagyon fontos jellemzője az egész bolygó számára, ezért keringése megtörténik.
Mindhárom állapotot összehasonlítva az ember gyakrabban látja a kémiai vegyületet folyékony formában. A víznek nincs íze, szaga, és amit éreznek benne, az a szennyeződések, benne oldott anyagok jelenlétének köszönhető.
A folyékony halmazállapotú víz fő tulajdonságai a következők: hatalmas erő, amely lehetővé teszi a kövek élesítését és a sziklák elpusztítását, valamint bármilyen alakú képességet.
Amikor a kis részecskék megfagynak, csökkentik a sebességüket és növelik a távolságot, így a jég szerkezete porózusés sűrűsége kisebb, mint a folyadék. A jeget különféle háztartási és ipari célokra használják hűtőberendezésekben. A természetben a jég csak pusztítást okoz, jégeső vagy lavina formájában hullik alá.
A gáz egy másik olyan állapot, amely akkor képződik, ha a víz kritikus hőmérsékletét nem éri el. Általában 100 foknál magasabb hőmérsékleten, vagy a felületről elpárologva. A természetben ezek felhők, ködök és gőzök. A mesterséges gázképzés nagy szerepet játszott technikai fejlődés században, amikor feltalálták a gőzgépeket.
Az anyag mennyisége a természetben
75% - egy ilyen szám hatalmasnak tűnik, de ez az összes víz a bolygón, még az is, amely különböző halmozódási állapotban van, élőlényekben és szerves vegyületekben. Ha csak a folyékony, azaz a tengerekben és óceánokban található vizet, valamint a gleccserekben található szilárd vizet vesszük figyelembe, akkor az arány 70,8% lesz.
Százalékos eloszlás valami ilyesmi:
- tengerek és óceánok – 74,8%
- A friss forrásokból származó, a bolygón egyenetlenül eloszló H2O a gleccserekben 3,4%, a tavakban, mocsarakban és folyókban pedig csak 1,1%.
- A földalatti források a teljes mennyiség mintegy 20,7%-át teszik ki.
A nehézvíz jellemzői
Természetes anyag - hidrogén fordul elő mint három izotóp, az oxigén is ugyanannyi formában létezik. Ez lehetővé teszi a deutérium és a trícium elkülönítését a közönséges ivóvíz mellett.
A deutériumnak van a legstabilabb formája, mindenben megtalálható természetes források, de nagyon kis mennyiségben. Az ilyen formulával rendelkező folyadékok számos különbséget mutatnak az egyszerű és könnyű folyadéktól. Így a kristályok képződése már 3,82 fokos hőmérsékleten megkezdődik. De a forráspont valamivel magasabb - 101,42 Celsius fok. Nagyobb a sűrűsége, és jelentősen csökken az anyagok oldó képessége. Ezt egy másik képlet is jelöli (D2O).
Az élő rendszerek reagálnak az ilyen kémiai vegyület rossz. Csak néhány baktériumfajta volt képes alkalmazkodni a benne lévő élethez. A hal egyáltalán nem élte túl az ilyen kísérletet. Az emberi szervezetben a deutérium több hétig is megmaradhat, majd károsodás nélkül kiürül.
Fontos! Deutériumos vizet inni tilos!
A víz egyedülálló tulajdonságai. - Éppen.
Következtetés
A nehézvizet széles körben használják a nukleáris és nukleáris iparban, és mindenhol közönséges vizet használnak.
Okok – összetett anyagok, amelyek Me + fémkationból (vagy fémszerű kationból, például NH 4 + ammóniumionból) és OH - hidroxid-anionból állnak.
A bázisokat vízben való oldhatóságuk alapján osztják fel oldható (lúg) És oldhatatlan bázisok . Van még instabil alapok, amelyek spontán lebomlanak.
Indoklás
1. Bázikus oxidok kölcsönhatása vízzel. Ebben az esetben csak azok az oxidok, amelyek egy oldható bázisnak (lúgnak) felelnek meg. Azok. ily módon csak kaphat lúgok:
bázikus oxid + víz = bázis
Például , nátrium-oxid vízben képződik nátrium-hidroxid(nátrium-hidroxid):
Na 2 O + H 2 O → 2NaOH
Ugyanakkor kb réz(II)-oxid Val vel víz nem reagál:
CuO + H 2 O ≠
2. Fémek kölcsönhatása vízzel. Ahol reagáljon vízzelnormál körülmények közöttcsak alkálifémek(lítium, nátrium, kálium, rubídium, cézium)kalcium, stroncium és bárium.Ebben az esetben redox reakció megy végbe, a hidrogén az oxidálószer, a fém pedig a redukálószer.
fém + víz = lúg + hidrogén
Például, kálium-vel reagál víz nagyon viharos:
2K 0 + 2H 2 + O → 2K + OH + H 2 0
3. Egyes alkálifémsók oldatainak elektrolízise. A lúgok előállításához általában elektrolízist végeznek alkáli- vagy alkáliföldfémek és oxigénmentes savak sóinak oldatai (kivéve a hidrogén-fluoridot) - kloridok, bromidok, szulfidok stb. Ezt a kérdést a cikk részletesebben tárgyalja .
Például , nátrium-klorid elektrolízise:
2NaCl + 2H 2O → 2NaOH + H 2 + Cl 2
4. A bázisok más lúgok sókkal való kölcsönhatásával jönnek létre. Ebben az esetben csak az oldható anyagok lépnek kölcsönhatásba, és a termékekben oldhatatlan só vagy oldhatatlan bázis képződik:
vagy
alkáli + só 1 = só 2 ↓ + lúg
Például: A kálium-karbonát oldatban reagál kalcium-hidroxiddal:
K 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + 2KOH
Például: A réz(II)-klorid oldatban reagál nátrium-hidroxiddal. Ebben az esetben kiesik kék réz(II)-hidroxid csapadék:
CuCl 2 + 2NaOH → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl
Az oldhatatlan bázisok kémiai tulajdonságai
1. Az oldhatatlan bázisok reakcióba lépnek erős savakkal és azok oxidjaival (és néhány közepes sav). Ebben az esetben, sót és vizet.
oldhatatlan bázis + sav = só + víz
oldhatatlan bázis + savas oxid = só + víz
Például ,A réz(II)-hidroxid reakcióba lép erős sósavval:
Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O
Ebben az esetben a réz(II)-hidroxid nem lép kölcsönhatásba a sav-oxiddal gyenge szénsav - szén-dioxid:
Cu(OH) 2 + CO 2 ≠
2. Az oldhatatlan bázisok hevítéskor oxiddá és vízzé bomlanak.
Például, A vas(III)-hidroxid hevítés hatására vas(III)-oxiddá és vízzé bomlik:
2Fe(OH)3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O
3. Az oldhatatlan bázisok nem reagálnakamfoter oxidokkal és hidroxidokkal.
oldhatatlan bázis + amfoter oxid ≠
oldhatatlan bázis + amfoter hidroxid ≠
4. Néhány oldhatatlan bázis úgy viselkedhet, mintredukálószerek. A redukálószerek olyan bázisok, amelyeket fémek alkotnak minimális vagy közbenső oxidációs állapot, ami növelheti oxidációs állapotukat (vas(II)hidroxid, króm(II)hidroxid stb.).
Például , A vas(II)-hidroxid légköri oxigénnel víz jelenlétében vas(III)-hidroxiddá oxidálható:
4Fe +2 (OH) 2 + O 2 0 + 2H 2 O → 4Fe +3 (O -2 H) 3
Lúgok kémiai tulajdonságai
1. A lúgok reagálnak bármely savak – erősek és gyengék egyaránt . Ebben az esetben közepes só és víz képződik. Ezeket a reakciókat ún semlegesítési reakciók. Oktatás is lehetséges savanyú só, ha a sav többbázisú, a reagensek bizonyos arányában, vagy in felesleges sav. BAN BEN felesleges lúg közepes só és víz képződik:
lúg (felesleg) + sav = közepes só + víz
lúg + többbázisú sav (felesleg) = savas só + víz
Például , A nátrium-hidroxid hárombázisú foszforsavval kölcsönhatásba lépve 3 típusú sókat képezhet: dihidrogén-foszfátok, foszfátok vagy hidrofoszfátok.
Ebben az esetben a dihidrogén-foszfátok savfeleslegben keletkeznek, vagy ha a reagensek mólaránya (anyagmennyiség-aránya) 1:1.
NaOH + H 3 PO 4 → NaH 2 PO 4 + H 2 O
Ha a lúg és a sav mólaránya 2:1, hidrofoszfátok képződnek:
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
Lúg feleslegében vagy 3:1 lúg/sav mólarány esetén alkálifém-foszfát képződik.
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
2. A lúgok reakcióba lépnekamfoter oxidok és hidroxidok. Ahol közönséges sók keletkeznek az olvadékban , A oldatban - komplex sók .
lúg (olvadék) + amfoter oxid = közepes só + víz
lúg (olvadék) + amfoter hidroxid = közepes só + víz
lúg (oldat) + amfoter oxid = komplex só
lúg (oldat) + amfoter hidroxid = komplex só
Például , amikor az alumínium-hidroxid nátrium-hidroxiddal reagál az olvadékban nátrium-aluminát képződik. A savasabb hidroxid savas maradékot képez:
NaOH + Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O
A megoldásban komplex só képződik:
NaOH + Al(OH) 3 = Na
Kérjük, vegye figyelembe, hogyan épül fel a komplex sóképlet:először kiválasztjuk a központi atomot (toáltalában amfoter hidroxid fém).Aztán hozzáadjuk ligandumok- esetünkben ezek hidroxidionok. A ligandumok száma általában kétszerese a központi atom oxidációs állapotának. De az alumíniumkomplex kivételt képez, ligandumainak száma leggyakrabban 4. A kapott fragmenst szögletes zárójelek közé helyezzük - ez egy összetett ion. Meghatározzuk a töltését, és hozzáadjuk a szükséges számú kationt vagy aniont a külső oldalon.
3. A lúgok kölcsönhatásba lépnek a savas oxidokkal. Ugyanakkor lehetséges az oktatás savanyú vagy közepes só, a lúg és a sav-oxid mólarányától függően. Lúg feleslegében közepes só képződik, savas oxid feleslegében savas só képződik:
lúg (felesleg) + savas oxid = közepes só + víz
vagy:
lúg + savas oxid (felesleg) = savas só
Például , interakció közben felesleges nátrium-hidroxid A szén-dioxiddal nátrium-karbonát és víz képződik:
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
És interakció közben többlet szén-dioxid nátrium-hidroxiddal csak nátrium-hidrogén-karbonát képződik:
2NaOH + CO 2 = NaHCO 3
4. A lúgok kölcsönhatásba lépnek a sókkal. A lúgok reagálnak csak oldható sókkal megoldásban, feltéve, hogy Gáz vagy üledék képződik az élelmiszerben . Az ilyen reakciók a mechanizmus szerint mennek végbe ioncsere.
lúg + oldható só = só + megfelelő hidroxid
A lúgok reakcióba lépnek fémsók oldataival, amelyek oldhatatlan vagy instabil hidroxidok.
Például, a nátrium-hidroxid réz-szulfáttal reagál oldatban:
Cu 2+ SO 4 2- + 2Na + OH - = Cu 2+ (OH) 2 - ↓ + Na 2 + SO 4 2-
Is lúgok reakcióba lépnek az ammóniumsók oldataival.
Például , A kálium-hidroxid reakcióba lép ammónium-nitrát oldattal:
NH 4 + NO 3 - + K + OH - = K + NO 3 - + NH 3 + H 2 O
! Amikor az amfoter fémek sói kölcsönhatásba lépnek fölös lúggal, komplex só képződik!
Nézzük meg ezt a kérdést részletesebben. Ha a fém által alkotott só, amelynek megfelel amfoter hidroxid , kölcsönhatásba lép kis mennyiségű lúggal, akkor a szokásos cserereakció következik be, és csapadék keletkezikennek a fémnek a hidroxidja .
Például , a felesleges cink-szulfát oldatban reagál kálium-hidroxiddal:
ZnSO 4 + 2KOH = Zn(OH) 2 ↓ + K 2 SO 4
Ebben a reakcióban azonban nem bázis képződik, hanem mfoter hidroxid. És ahogy fentebb jeleztük, Az amfoter hidroxidok feleslegben oldódnak fel, és komplex sókat képeznek . T Így amikor a cink-szulfát reakcióba lép felesleges lúgoldat komplex só képződik, csapadék nem képződik:
ZnSO 4 + 4KOH = K 2 + K 2 SO 4
Így 2 sémát kapunk az amfoter hidroxidoknak megfelelő fémsók lúgokkal való kölcsönhatására:
amfoter fémsó (felesleg) + lúg = amfoter hidroxid↓ + só
amph.fémsó + lúg (felesleg) = komplex só + só
5. A lúgok kölcsönhatásba lépnek a savas sókkal.Ebben az esetben közepes sók vagy kevésbé savas sók képződnek.
savanyú só + lúg = közepes só + víz
Például , A kálium-hidroszulfit reakcióba lép kálium-hidroxiddal, és kálium-szulfitot és vizet képez:
KHSO 3 + KOH = K 2 SO 3 + H 2 O
Nagyon kényelmes a savas sók tulajdonságainak meghatározása úgy, hogy a savas sót mentálisan 2 anyagra - savra és sóra - bontjuk. Például a nátrium-hidrogén-karbonát NaHCO 3-ot uolsavra H 2 CO 3 és nátrium-karbonát Na 2 CO 3 -ra bontjuk. A hidrogén-karbonát tulajdonságait nagymértékben meghatározzák a szénsav és a nátrium-karbonát tulajdonságai.
6. A lúgok kölcsönhatásba lépnek az oldatban lévő fémekkel és megolvadnak. Ebben az esetben oxidációs-redukciós reakció megy végbe, amely az oldatban képződik komplex sóÉs hidrogén, olvadékban - közepes sóÉs hidrogén.
Jegyzet! Csak azok a fémek reagálnak oldatban lévő lúgokkal, amelyeknek a fém minimális pozitív oxidációs állapotú oxidja amfoter!
Például , Vas lúgoldattal nem reagál, a vas(II)-oxid bázikus. A alumínium vizes lúgoldatban oldódik, az alumínium-oxid amfoter:
2Al + 2NaOH + 6H 2 + O = 2Na + 3H 2 0
7. A lúgok kölcsönhatásba lépnek a nem fémekkel. Ebben az esetben redox reakciók lépnek fel. Általában, a nemfémek aránytalanok a lúgokban. Nem válaszolnak lúgokkal oxigén, hidrogén, nitrogén, szén és inert gázok (hélium, neon, argon stb.):
NaOH +O 2 ≠
NaOH +N 2 ≠
NaOH +C ≠
Kén, klór, bróm, jód, foszforés egyéb nemfémek aránytalan lúgokban (azaz önoxidálódnak és maguktól regenerálódnak).
Például klóramikor interakcióba lép hideg lúg oxidációs állapotba kerül -1 és +1:
2NaOH +Cl 2 0 = NaCl - + NaOCl + + H 2 O
Klór amikor interakcióba lép forró lúg oxidációs állapotba kerül -1 és +5:
6NaOH +Cl 2 0 = 5NaCl - + NaCl +5 O 3 + 3H 2 O
Szilícium lúgok hatására oxidációs állapotba +4.
Például, megoldásban:
2NaOH + Si 0 + H 2 + O= NaCl - + Na 2 Si +4 O 3 + 2H 2 0
A fluor oxidálja a lúgokat:
2F 2 0 + 4NaO -2 H = O 2 0 + 4NaF - + 2H 2 O
Ezekről a reakciókról bővebben a cikkben olvashat.
8. A lúgok hevítés hatására nem bomlanak le.
A kivétel a lítium-hidroxid:
2LiOH = Li 2 O + H 2 O