Химические и физические свойства воды

Строение молекулы
Вода переходит в газообразное и жидкое состояние при высоких температурах, и объясняется это строением молекулы. Частицы имеют конструкцию треугольника, при этом угол 104º является характерным между связями кислорода и водорода. Атомы водорода находятся с одной стороны от кислорода, поэтому в них децентрализуются заряды электричества.

В поляризованной жидкости происходят взаимодействия разных молекул. Водородные атомы с положительным зарядом реагируют на влияние кислородных атомов соседних частиц. Эта связь в химии носит название водородного взаимодействия. Она соединяет молекулы в полимерные пространственные конструкции, при этом плоскость водородных соединений располагается перпендикулярно плоскости, представленной молекулярными атомами той же частицы Н 2 О.
Электрическая связь отдельных молекул вещества объясняет высокие температурные показатели кипения и плавления. Требуется применение дополнительной энергии для разложения, расшатывания или преобразования прочных водородных связей. Этим же объясняется высокая теплоемкость водных растворов.
Взаимосвязи частиц
В молекуле вещества выделяются 2 ковалентные полярные связи Н-О, которые становятся возможными при перекрывании двух p — облаков кислородных атомов и s — облаков водородных элементов, являющихся одноэлектронными.

В водяной молекуле кислородный атом представлен 4 парами электронов. Две образовывают ковалентные взаимодействия и выступают связующими соединениями, в отличие от остальных электронных двоек. В молекуле полюсные заряды делятся пополам на отрицательные и положительные (2+2). Водородные атомы имеют положительный заряд, отрицательный всегда присутствует у кислородных частиц.
Такая структура молекулы наиболее характеризует свойства воды, например, строение льда — в конструкции решетки четыре молекулы окружают одну. Атомы соседних молекул с различными зарядами притягиваются и образуют прочные соединения. Такие химические связи называются водородными.
Прочность водородного соединения слабее ковалентной связки примерно в 18—20 раз, поэтому с поверхности воды часто наблюдается испарение.
В жидком состоянии молекулы соединяются по принципу ледяной конструкции и образуют водородные связи, при этом структура отличается меньшей жесткостью. При повышении температуры ранее холодной жидкости частицы ускоряют движение, происходит разрыв одних слияний и формирование других.
Химические свойства

Только вода имеет три состояния, которые напрямую зависят от давления и температуры. Жидкая, твердая и газообразная субстанция позволяет воде присутствовать в разных оболочках планеты и вступать в различные взаимодействия. Переход сопровождается затратами тепла или его выделением. В первом случае наблюдается таяние льда, испарение, во втором случае происходит замерзание или выпадение конденсата.
Один грамм льда тает при использовании 675 калорий, а 1 г воды превращается в пар при затрате 595 калорий. Температура кипения и замерзания воды находится в аномальных пределах. Если сравнивать эти параметры у гидридов селена и теллура, то аналогично можно предположить, что жидкость должна кипеть при +60ºС, а замерзать при -100ºС и ниже. Но на самом деле вода энергично кипит при +100ºС, а в лед превращается при 0ºС.
Основные свойства, определяющие ее поведение и состояние:
- Плотность. Максимальный показатель вещества проявляется в твердом состоянии и наблюдается в дистиллированном виде при температуре +4ºС. Эта точка стоит выше температуры замерзания. При изменении условий в одну или другую сторону плотность жидкости становится меньше. Аномальное поведение наблюдается относительно объема. При повышении температуры с 0ºС до +4ºС количество жидкости становится меньше, но при последующем нагревании объем увеличивается.
- Высокая теплоемкость. Этот показатель превышает характеристику воздуха примерно в 3 тыс. раз. Величина означает количество тепла, которое требуется для нагревания 1 моля вещества на единицу. При понижении температуры на 1ºС одного кубометра воды можно нагреть на 1ºС 3 тыс. кубометров воздуха.
- Высокое поверхностное давление и натяжение. Капля принимает шарообразную форму, а при соприкосновении с твердой поверхностью смачивает ее. Благодаря силе внутреннего давления, жидкость поднимается по капиллярным проходам и обеспечивает питание растительности и почвообразование.
- Отмечается высокая термическая устойчивость воды. При нахождении в газообразном состоянии пар разлагается на кислород и водород при достижении температуры свыше +1000ºС.
Универсальный растворитель
Из-за этого качества в природе почти не встречается чистая жидкость. Благодаря ему происходит перенос субстанций в пределах географической оболочки, обмен между средой и организмом. Это случается из-за способности молекул распадаться на ионы и растворять субстанции различного химического происхождения.
Диссоциация частиц в обычной среде является незначительной, при этом разлагается только одна молекула из 50 млн. Протон Н не существует в водном растворе без электронного кокона, поэтому мгновенно соединяется с молекулой и образует гидроксид Н 3 О. Считается, что водяные частицы могут распадаться на более тяжелые ионы, например, Н 7 О 4 + HgO 4 или 8Н 2 О, а формула Н 2 О Н++ОН относится к довольно упрощенной схеме процесса.

Для определения субстанции в качестве растворителя используются качества:
- полярности — смещения ядер отрицательных и положительных атомов;
- высоких показателей диэлектрической проницаемости.
Частицы с разными электрическими зарядами, например, ионы, увлекаются навстречу друг другу слабее в жидком состоянии, чем в газообразной среде. При таких условиях требуется меньше тепла для рассредоточения молекулы, чем и объясняется растворяющая способность.
Плохой проводник электричества
Чистая от химических примесей водная субстанция плохо проводит электрический ток. Из-за небольшого показателя сжимаемости в среде отлично распространяются ультразвуковые и звуковые колебания.
Свойства жидкости претерпевают изменения, в зависимости от влияния температуры и давления:

- при нагревании снижается сила поверхностного сопротивления, увеличивается вязкость и плотность субстанции, возрастает скорость распространения звука и проводимость электрического тока;
- с увеличением давления температура кипения становится выше, снижается граница образования льда.
Чистая вода является довольно хорошим изолятором. В нормальных условиях определяется слабый распад молекул. Небольшой уровень концентрации протонов или Н 4 О (ионов гидроксония) или НО (гидроксильных ионов) выражается показателем 0,1 мкмоль/л.
В воде почти всегда присутствуют разведенные примеси, так как с водой при обычных условиях реагирует большое число веществ. В субстанции присутствуют разные классы солей, которые содержат собой отрицательные и положительные частицы, поэтому жидкость проводит некоторое количество электричества. Чистота водного раствора определяется степенью ее проводимости.
Устойчивость к внешним факторам
Сопротивляемость действию окружающей среды проявляется в аномальных свойствах. Молекулы прочно притягиваются между собой, благодаря водородным связям. Водородный ион связывается с частицей другого элемента и способен привлекать к себе катион или анион подобного типа от другой молекулы. Электростатические водородные взаимодействия разрушаются при изменении состояния жидкости на пар.
Сложность структуры обуславливается тем, что наблюдаются водяные молекулы с разным молекулярным весом из-за образования водородных и кислородных изотопов (у обычной молекулы вес равен 18). Такие отклонения связываются с присутствием водородных сочетаний. Разность зарядов ведет к тому, что электронные облака смещаются в сторону водорода, ион которого не оснащен внутренними электронными оболочками и имеет небольшие размеры.

Кислородный атом попадает в заряженную мантию отрицательно электризованного атома в соседней молекуле. Они притягиваются к водородным элементам, и наоборот. Обменная протонная сочетаемость также играет роль. При этом водяная молекула участвует только в 4 водородных соединениях:
- два водородных атома участвуют по отдельности в одной связи;
- кислородные частицы принимают участие в двух связях.
Такое состояние остается характерным для льда. При таянии некоторые соединения распадаются, а молекулы укладываются плотнее. Испарение удаляет последние связи, для процесса требуется много тепла, отсюда высокая точка кипения и теплоемкость. Вязкость субстанции объясняется структурными водородными связями, которые препятствуют движению частиц с разной скоростью.
Реакционная активность

Является характерным взаимодействие металлов с водой. С жидкостью взаимодействуют только активные металлы, при этом происходят восстановительно-окислительные реакции. Легко соединяются щелочные и земельные металлы 1 и 2 групп.
Уравнения, при которых выделяется водород:
- 2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH.
- 2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH.
- 3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (только при повышении температуры).
Примером взаимодействия неметаллов с водой служит реакция водородного соединения углерода (метана) или самого углерода. Эти субстанции относятся к менее активным веществам, по сравнению с металлами, поэтому для реакции требуется высокая температура:
- С+ Н 2 О= Н 2 +СО2.
- СН 4 +2Н 2 О=4Н 2 +СО 2.
Под действием электричества вода делится на кислород и водород, при этом она одновременно выступает в роли восстановителя и окислителя. Водные растворы вступают в реакцию с оксидами неметаллов, реакции носят соединительный характер.
Примеры формул:
- Сернистая кислота SO 2 + H 2 О= H 2 SO 3.
- Серная кислота SO 3 +Н 2 О=Н 2 S О 4.
- Угольная кислота СО 2 +Н 2 О=Н 2 СО3.
Оксиды металлов также реагируют с водой, например, гидроксид кальция в виде гашеной извести. Но часть из них почти не растворяется в водных растворах и не вступает в реакцию. Эти вещества служат основой при производстве стойких к влажным условиям красок.
Образование гидратов
Вода участвует в реакциях, при которых сохраняется неизменной ее молекула. Получаются гидраты, а если они имеют кристаллическую решетку, то носят название кристаллогидратов. В результате реакции образовывается медный купорос, гидрат серной кислоты или едкого натрия. Связи, которые соединяют воду в гидраты, применяют в форме осушителей для удаления излишней влажности воздуха.

Водные растворы участвуют в синтезе крахмала растениями и других веществ (углеводов), при этом происходит получение кислорода. Это свойство служит основой для появления и развития жизни на планете, так как вода играет главную роль в органических процессах.
Реакционная способность находится на низком уровне, но некоторые металлы вытесняют из воды водород. Полученные ионы Н+ окисляют металлические атомы, которые в ряду активности стоят до водорода в таблице. Химические свойства воды восстанавливают их до молекулярного вида. Жидкость горит в условиях помещения ее в атмосферу с присутствием свободного фтора.
После восстановления металла в условиях комнатной температуры, который обладает высокой активностью, образовывается газообразный водород. Состав конечного продукта зависит от динамичности вещества, имеет значение и способ реагирования. Для металлов средней активности требуется увеличение температуры, при этом конечным продуктом служит оксид металла.
Еще тесты
- Анатомия
- Английский язык
- Астрономия
- Биология
- Литература
- История
- Педсовет
- Естествознание
- Финансы и кредит
- Правоведение
- Товароведение
- Экономика
- Социология
- Маркетинг
- Обществознание
- Культурология
- Математика
- Философия
- Русский язык
- Психология
- Политология
- Делопроизводство
- Бухгалтерия
- ОБЖ
- Орфография
- География
- Биографии
- Физика
- Пунктуация
- Краткие содержания
- Химия
- Менеджмент
- Тест на тему Тест по теме Дыхательная система человека 7 вопросов
- Тест на тему Строение человека - анатомия внутренних органов 7 вопросов
- Тест на тему Гормоны - определение, виды, функции, роль в организме человека 5 вопросов
- Тест на тему Лейкоциты в крови - строение, где образуются и разрушаются, норма содержания 5 вопросов
- Тест на тему Одноклеточные организмы - строение , формы и признаки представителей 8 вопросов
- Тест на тему Бесполое размножение - виды, формы и биологическое значение процесса 9 вопросов
- Тест на тему Синтез АТФ - структура, функции и пути образования аденозинтрифосфорной кислоты 7 вопросов
- Тест на тему Биогеоценоз - определение, структура и свойства 5 вопросов
- Тест на тему Символизм в литературе - основные черты и представители направления 6 вопросов
- Тест на тему "У Лукоморья дуб зеленый" - анализ стихотворения Александра Сергеевича Пушкина 8 вопросов
- Тест на тему Родион Раскольников и Соня Мармеладова - история взаимоотношений в романе Ф. М. Достоевского "Преступление и наказание" 6 вопросов
- Тест на тему Семья Мелеховых в романе М. Шолохова "Тихий дон" 7 вопросов
- Тест на тему Отечественная война 1812 года - причины, основные сражения, итоги 7 вопросов
- Тест на тему Правление Ивана Грозного - внутренняя и внешняя политика 7 вопросов
- Тест на тему Образование СССР - причины, этапы становления, состав, итоги 6 вопросов
- Тест на тему Крещение руси князем Владимиром - причины, история, значение принятия христианства 6 вопросов
- Тест на тему Пищевая цепочка в природе - звенья, схемы и примеры цепей 5 вопросов
- Тест на тему Экологические факторы - классификация, примеры, общие закономерности воздействия 5 вопросов
- Тест на тему Биосфера - определение, состав, свойства, границы 5 вопросов
- Тест на тему Возникновение жизни на земле 6 вопросов
- Тест на тему Права и свободы человека и гражданина 5 вопросов
- Тест на тему Унитарное предприятие - виды, признаки, участники, особенности 7 вопросов
- Тест на тему Формы собственности - типы и виды и их характеристика 7 вопросов
- Тест на тему Предпринимательское право - понятие, принципы, предмет и объект, функции 5 вопросов
- Тест на тему Ликвидность предприятия - определение, виды, формула расчета 7 вопросов
- Тест на тему Процентная ставка - понятие, виды, методы расчета и начисления 5 вопросов
- Тест на тему Финансы - определние, сущность, основные функции, виды 7 вопросов
- Тест на тему Коммерческая деятельность - сущность и содержание 7 вопросов
- Тест на тему Статистическое наблюдение - виды, способы, последовательность этапов 6 вопросов
- Тест на тему Социальный контроль - понятие и функции, формы и методы, значение 5 вопросов
- Тест на тему Анкетирование - правила составления и виды вопросов, оформление результатов 5 вопросов
- Тест на тему Социальная группа — понятие, типы, критерии выделения 8 вопросов
- Тест на тему Деятельность человека - основные виды и характеристики 7 вопросов
- Тест на тему Воздушно-десантные войска (ВДВ) - история создания, подразделения, оснащение 7 вопросов
- Тест на тему Субъекты РФ - количество, виды, правовой статус 7 вопросов
- Тест на тему Социальные нормы - понятие, виды и характеристка, функции, примеры 6 вопросов
- Тест на тему Что такое угол 5 вопросов
- Тест на тему Деление в столбик — подробное описание алгоритма решения задач, примеры 10 вопросов
- Тест на тему Вычитание дробей - правила и примеры с решениями 5 вопросов
- Тест на тему Модуль числа - свойства, действия, как решать уравнения и неравенства с модулем 10 вопросов
- Тест на тему Ислам - история возникновения религии, основные положения 7 вопросов
- Тест на тему Мышление - определение, виды, функции, свойства 5 вопросов
- Тест на тему Что такое мораль, ее категории и функции 6 вопросов
- Тест на тему Буддизм - кратко о религии (история возникновения, основные положения, священные книги) 6 вопросов
- Тест на тему Безличные предложения в русском языке 8 вопросов
- Тест на тему Ударение в словах в русском языке - правила и проверка постановки 5 вопросов
- Тест на тему Морфемный разбор слова - правила выполнения с примерами 5 вопросов
- Тест на тему Сложноподчиненные предложения в русском языке 6 вопросов
- Тест на тему Мотивация - определение, виды и типы в психологии, менеджменте 5 вопросов
- Тест на тему Интеллект - понятие, признаки, как развивать, оценка 5 вопросов
- Тест на тему Социализация личности - понятие и сущность, агенты, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Типы темперамента и их психологическая характеристика 5 вопросов
- Тест на тему Органы исполнительной власти РФ - понятие и правовой статус, структура и фунции 7 вопросов
- Тест на тему Европейский союз - история создания, цели, состав 5 вопросов
- Тест на тему Тоталитаризм - определение, характерные черты, плюсы и минусы идеологии 5 вопросов
- Тест на тему Политическая идеология - определение понятия, функции, классификация, особенности 5 вопросов
- Тест на тему Оборотные средства предприятия, их структура, учет и анализ 7 вопросов
- Тест на тему Бюджетная классификация - определение, структура 7 вопросов
- Тест на тему Калькуляция - основные понятия, примеры расчетов себестоимости 7 вопросов
- Тест на тему Бухгалтерский учет материально-производственных запасов на предприятии 8 вопросов
- Тест на тему Пистолет Макарова - шпаргалка по тактико-техническим характеристикам 9 вопросов
- Тест на тему Чрезвычайная ситуация - понятие, типы ЧС, причины возникновения, стадии развития 7 вопросов
- Тест на тему Вооруженные силы Российской Федерации — организационная структура и предназначение 7 вопросов
- Тест на тему ВМФ (Военно-Морской флот) России - структура, история, состав 7 вопросов
- Тест на тему Перу - географическое положение, климат и достопримечательности 9 вопросов
- Тест на тему Климатические пояса Земли - характеристика и особенности 8 вопросов
- Тест на тему Тайга - географическое положение, животный и растительный мир, особенности и характеристика природной зоны 7 вопросов
- Тест на тему Озеро - определение, классификация, признаки 6 вопросов
- Тест на тему Братья Гримм - биография, жизнь и творчество немецких писателей 10 вопросов
- Тест на тему Тамерлан (1336-1405) - биография, жизнь и завоевания великого полководца 10 вопросов
- Тест на тему Максим Горький (1868-1936) - биография, кратко самое важное, интересные факты из жизни писателя 9 вопросов
- Тест на тему Блок Александр Александрович (1880-1921) - биография, жизненный и творческий путь 11 вопросов
- Тест на тему "Ночь перед Рождеством" - краткое содержание повести Н. В. Гоголя 10 вопросов
- Тест на тему "Маленький Мук" - краткое содержание сказки Вильгельма Гауфа 10 вопросов
- Тест на тему "Дворянское гнездо" - краткое содержание романа И.С. Тургенева 8 вопросов
- Тест на тему "Бирюк" - краткое содержание рассказа И.С. Тургенева 10 вопросов
- Тест на тему Серная кислота - химические и физические свойства и реакции 8 вопросов
- Тест на тему Муравьиная кислота - формула, свойства, получение и применение 7 вопросов
- Тест на тему Сложные эфиры - характеристика, классификация и примеры соединений 8 вопросов
- Тест на тему Толуол - формула, свойства и применение химического вещества 8 вопросов
- Тест на тему Оценка персонала - виды, критерии и методы 7 вопросов
- Тест на тему Управление персоналом - задачи, функции, современные подходы 5 вопросов
- Тест на тему Менеджмент предприятий — сущность, виды, задачи и цели 7 вопросов
- Тест на тему Организационная структура предприятия — типы и предназначение 7 вопросов