Физические и химические свойства воды

Благодаря сильному притяжению между молекулами у воды высокие температуры плавления (0° С) и кипения (100° С). Толстый слой воды имеет голубой цвет, что обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода – плохой проводник электричества, ее удельная электропроводность равна 1,5×10^–8 Ом^–1×см^–1 при 0° С. Сжимаемость воды очень мала: 43×10^–6 см³ на мегабар при 20° С. Плотность воды максимальна при 4° С; это объясняется свойствами водородных связей ее молекул.

Давление паров. Если оставить воду в открытой емкости, то она постепенно испарится – все ее молекулы перейдут в воздух. В то же время вода, находящаяся в плотно закупоренном сосуде, испаряется лишь частично, т.е. при определенном давлении водяных паров между водой и воздухом, находящимся над ней, устанавливается равновесие. Давление паров в равновесии зависит от температуры и называется давлением насыщенного пара (или его упругостью). Когда давление насыщенного пара сравнивается с внешним давлением, вода закипает. При обычном давлении 760 мм рт.ст. вода кипит при 100° С, а на высоте 2900 м над уровнем моря атмосферное давление падает до 525 мм рт.ст. и температура кипения оказывается равной 90° С.

Испарение происходит даже с поверхности снега и льда, именно поэтому высыхает на морозе мокрое белье.

Вязкость воды с ростом температуры быстро уменьшается и при 100° С оказывается в 8 раз меньше, чем при 0° С.

Химические свойства воды

Каталитическое действие. Очень многие химические реакции протекают только в присутствии воды. Так, окисление кислородом не происходит в сухих газах, металлы не реагируют с хлором и т.д.

Гидраты. Многие соединения всегда содержат определенное число молекул воды и называются поэтому гидратами. Природа образующихся при этом связей может быть разной. Например, в пентагидрате сульфата меди, или медном купоросе CuSO₄×5H₂O, четыре молекулы воды образуют координационные связи с ионом сульфата, разрушающиеся при 125° С; пятая же молекула воды связана так прочно, что отрывается лишь при температуре 250° С. Еще один стабильный гидрат – серная кислота; она существует в двух гидратных формах, SO₃×H₂O и SO₂(OH)₂, между которыми устанавливается равновесие. Ионы в водных растворах тоже часто бывают гидратированы. Так, Н⁺ всегда находится в виде иона гидроксония Н₃О⁺ или Н₅О₂⁺; ион лития – в виде Li (H₂O)₆⁺ и т.д. Элементы как таковые редко находятся в гидратированной форме. Исключение составляют бром и хлор, которые образуют гидраты Br₂×10 H₂O и Cl₂×6H₂О. Некоторые обычные гидраты содержат кристаллизационную воду, например хлорид бария BaCl₂×2H₂O, английская соль (сульфат магния) MgSO₄×7H₂O, питьевая сода (карбонат натрия) Na₂CO₃×10 H₂O, глауберова соль (сульфат натрия) Na₂SO₄×10 H₂O. Соли могут образовывать несколько гидратов; так, сульфат меди существует в видеCuSO₄×5H₂O, CuSO₄×3H₂O и CuSO₄×H₂O. Если давление насыщенного пара гидрата больше, чем атмосферное давление, то соль будет терять воду. Этот процесс называется выцветанием (выветриванием). Процесс, при котором соль поглощает воду, называется расплыванием.

Гидролиз. Гидролиз – это реакция двойного разложения, в которой одним из реагентов является вода; трихлорид фосфора PCl₃ легко вступает в реакцию с водой:

PCl₃ + 3H₂O = P (OH)₃ + 3HCl

Аналогичным образом гидролизуются жиры с образованием жирных кислот и глицерина.

Сольватация. Вода – полярное соединение, а потому охотно вступает в электростатическое взаимодействие с частицами (ионами или молекулами) растворенных в ней веществ. Образовавшиеся в результате сольватации молекулярные группы называются сольватами. Слой молекул воды, связанный с центральной частицей сольвата силами притяжения, составляет сольватную оболочку. Впервые понятие сольватации было введено в 1891 И.А.Каблуковым.

 

БИЛЕТ №34

Галогены. Общая характеристика. Хлор и его свойства.

 

Галогены составляют главную подгруппу седьмой группы периодической таблицы. К ним относятся элементы фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат Аt. На внешнем уровне у них имеется по семь электронов: nS2nP5. Фтор является самым электроотрицательным элементом, проявляет степень окисления F-1. Другие галогены проявляют степени окисления от (-1) до (+7). В свободном состоянии молекулы галогенов двухатомны (F2), (Cl2), (Br2), (I2) и являются типичными неметаллическими простыми веществами. Фтор и хлор являются газами, бром – жидкость, йод и астат – твердые вещества. Окислительная способность галогенов при переходе от фтора к астату уменьшается, галоген с меньшим порядковым номером всегда вытесняет галоген с большим порядковым номером из бескислородных солей: F2 + 2KBr → 2KF + Br2.

Хлор Сl2. При обычных условиях ядовитый газ зеленовато-желтого цвета.

Химические свойства. Хлор реагирует со многими веществами:

1. с металлами: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

2. с неметаллами: 2Р + 5Сl₂ → 2PCl₅

3. с водородом: Н₂ + Сl₂ → 2HCl

4. с водой: Cl₂ + H₂O → HCl + HClO Смесь соляной и хлорноватистой кислот (HClO) кислот называют хлорной водой.

5. При взаимодействии хлора с щелочами на холоде образуются смеси хлоридов и гипохлоридов:

Сl₂ + 2KOH → KCl + KClO + H₂O

1. Хлор реагирует со многими органическими веществами, например с предельными углеводородами: СН₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

2. С непредельными углеводородами: С₂Н₂ + 2Cl₂ → C₂H₂Cl₄

 

Хлор относится к продуктам основного органического синтеза и находит широкое применение в различных отраслях промышленности: для получения брома и иода, хлоридов и кислородсодержащих производных, для отбеливания бумаги, обеззараживания питьевой воды, получения хлороводорода. Хлороводород НСl – бесцветный газ с сильным запахом. Хорошо растворяется в воде, водные растворы называют хлороводородной кислотой, а дымяшие концентрированные растворы – соляной кислотой.

35. Хлороводород и соляная кислота. Соли соляной кислоты.

1 (хлороводород) - газ
2 (соляная кислота) - раствор

Хлороводород - газ, а соляная кислота - раствор этого газа в воде. Сам хлороводород бесцветен, с резким запахом, раздражает слизистые оболочки. Немного тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде (1:500), а во влажном воздухе дымит, так как образует туман из-за мельчайших капелек соляной кислоты. Не горит и не поддерживает горения.
Химические свойства соляной кислоты.
1. HCl - типичная кислота, вступает в реакции, свойственные всем кислотам: окрашивает индикаторы, взаимодействует с металлами (до Н), оксидами металлов, основаниями, солями более слабых кислот.

2. Соляная кислота содержит хлор в низшей для него степени окисления -1, поэтому она может окисляться сильными окислителями с выделением газообразного хлора. Эти реакции описаны в теме "Хлор".

3. Качественной реакцией на соляную кислоту и хлорид-ион является взаимодействие с раствором нитрата серебра; при этом выпадает белый творожистый (похожий на свернувшееся молоко) осадок хлорида серебра AgCl:

HCl + AgNO3 => AgCl + HNO3
4. Хлороводород и соляная кислота взаимодействуют с аммиаком, образуя хлорид аммония:

NH3 + HCl => NH4Cl

Соли соляной кислоты или хлориды– соединения хлора со всеми элементами, имеющими меньшее значение электроотрицательности.

 

 

БИЛЕТ № 36

Кислород и его свойства. Применение кислорода.

 

Химический элемент кислород образует два простых вещества - кислород О2 и О3 различные по физическим свойствам.

Кислород О2— газ, не имеющий цвета и запаха. Молекула его О2. Она парамагнитна (притягивается магнитом), так как в ней содержатся два неспаренных электрона.

Атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул. Межатомное расстояние в молекуле О2 0,12074 нм. Молекулярный кислород (газообразный и жидкий) — парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2 имеется по 2 неспаренных электрона. Этот факт можно объяснить тем, что в молекуле на каждой из двух -разрыхляющих орбиталей находится по одному неспаренному электрону.

Энергия диссоциации молекулы О2 на атомы довольно высока и составляет 493,57 кДж/моль.

При нормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 кг/мЗ. Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) -182,9°С. При температурах от -218,7°С до -229,4°С существует твердый кислород с кубической решеткой (-модификация)

Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород при комнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови, что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания к другим органам.

Применение кислорода

Применение любых веществ связано с их физическими и химическими свойствами, а также распространением их в природе.

Количество металла, производимого на душу населения, является одной из мер уровня развития промышленности в каждой стране. Выплавка же черных и цветных металлов невозможна без кислорода.

Сейчас в нашей стране только черная металлургия поглощает свыше 60% получаемого кислорода. Но кислород используется еще и в цветной металлургии.

Кислород интенсифицирует не только пирометаллургические процессы, но и гидрометаллургические, где основной процесс извлечения металлов из руд или их концентратов основан на воздействии специальных реагентов на водные растворы. Так, в настоящее время основным способом извлечения золота из руд является цианирование. Оно позволяет извлекать из золотоносных руд до 95% золота и поэтому применяется даже при переработке руд с низким содержанием золота. Процесс растворения золота, содержащегося в рудах, очень трудоемкая операция. Оказалось, что растворение этого металла можно значительно ускорить, если вместо воздуха использовать чистый кислород.

ВОПРОС 37.