Вода (оксид водорода)

Нахождение в природе. Вода Н₂0 является одним из самых рас­пространенных веществ в природе. Она покрывает около ³/₄ всей земной поверхности. Почти 60 % воды находится в океанах и мо­рях. Пресная вода составляет только 2 % воды океанов и морей. Главная масса ее находится во льдах Антарктики и других конти­нентов. Вода входит в состав почвы и атмосферы, содержится в растениях и животных, в минеральных и горных породах. Она яв­ляется одним из самых необходимых веществ для всех живых орга­низмов.

Получение. Вода, взятая из любого природного источника, всегда содержит много примесей. Даже дождевая вода — наиболее чистая из природных вод — содержит в среднем 35 мг/л твердых приме­сей.

Питьевая вода не должна содержать химически вредных веществ (ядов), болезнетворных бактерий и вирусов. Чистая питьевая вода в городах производится на водоочистительных станциях. В некото­рых отраслях техники нужна вода, в которой нет растворимых примесей. Такую воду получают путем дистилляции (перегонки) и называют дистиллированной. При дистилляции путем нагрева­ния воду переводят в парообразное состояние (соли остаются в растворе). При охлаждении пар переходит в жидкое состояние, конденсируется и получается дистиллированная вода.

Воду можно синтезировать, если через смесь 2 объемов водо­рода и 1 объема кислорода пропустить электрический разряд:

2Н₂ + 0₂ = 2Н₂0

Физические свойства. При обычных условиях вода — прозрач­ная бесцветная жидкость (в толстых слоях имеет голубовато-зеле­ный цвет). При охлаждении до О °С вода переходит в твердое со­стояние — лед, при этом происходит резкое увеличение (почти на 10 %) ее объема, поэтому лед легче воды и может плавать.

Слой льда на поверхности воды защищает водоемы от полного промерзания и благодаря этому сохраняются условия для суще­ствования всей флоры и фауны озер, рек и морей. При температу­ре 100 °С и атмосферном давлении вода кипит и переходит в пар. Чистая вода почти не проводит электрический ток. Она имеет наи­большую из всех жидкостей и твердых веществ удельную теплоем­кость. (Удельной теплоемкостью называют количество теплоты (Дж), которое потребуется для нагревания 1 г вещества на 1 градус.)

Химические свойства. Вода — термически устойчивое (прочное) вещество. Распад на водород и кислород становится заметным лишь при температуре 1 ООО °С. При 2 ООО °С и атмосферном давлении распад на кислород и водород составляет всего 1,9 %. Полный рас­пад воды на водород и кислород происходит при температуре ~4 ООО °С.

Отношение к металлам. Вода легко реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами при обычной температуре с вы­делением водорода и образованием щелочи:

Ва + 2Н₂0 = Ва(ОН)₂ + Н₂(г)

Другие менее активные металлы реагируют только с парами воды при нагревании и образуют оксиды и водород:

2Fe + ЗН₂0 = Fe₂0₃ + ЗН₂(г)

Точнее, процесс происходит по уравнению

 3Fe + 4Н₂0 =Fe₃+ 4Н₂ (г)

Отношение к неметаллам. Если пропустить водяной пар через раскаленный уголь, образуется водяной газ, который состоит из оксида углерода(П) и водорода:

600 °с

С + Н₂О =СО + Н₂ (г)

водяной газ

Водяной газ используют как топливо (при сгорании 1 м³ водя­ного газа выделяется 11 732 кДж/м³). Из водяного газа в технике иногда получают водород.

Отношение к сложным веществам. Вода реагирует со многими оксидами металлов и неметаллов с образованием оснований и кислот; например:

ВаО + Н₂0 = Ва(ОН)₂

Р₂0₅ + ЗН₂0 = 2Н₃Р0₄

Вода вступает в реакции со многими веществами (солями, жирами, эфирами, белками, сахарами и др.) — реакции гидро­лиза.

 

Вода является важнейшим растворителем как неорганических, так и органических веществ. При этом образуются слабые связи между молекулами (или ионами) веществ и молекулами воды. Это явление, как было сказано ранее, носит название гидратации. Некоторые нейтральные вещества (спирты, сахара, слабые кис­лоты и др.) способны образовывать с молекулами воды водород­ные связи. Как правило, в воде хорошо растворяются те газы, которые вступают с ней в химическое взаимодействие (напри­мер, аммиак, хлор, сероводород, хлороводород):

NH₃ + Н₂0 = NH₄OH

 С1₂ + Н₂0 = НС1 + нею

В небольших количествах вода является катализатором.

Применение. Воду применяют не только как растворитель, но и как самый распространенный химический реактив. Много воды используют в промышленности. Так, для получения 1 т алюминия требуется 1 400 м³ воды, а для получения 1 т синтетического кау­чука — 2 100 м³ воды. Ее используют также для питания паровых котлов, в бытовых целях и т.д.

3.2 Пероксиды. К другим соединениям кислорода можно отне­сти пероксиды. Как производные пероксида водорода пероксиды содержат кислородную цепь —О — О— (пероксогруппу) в виде пероксид-иона Of^-. Образование пероксидов характерно для ще­лочных металлов и других электроположительных металлов; на­пример, для бария, кальция, стронция, магния.

Все они являются сильными окислителями; например, Na₂0₂ легко превращает железо в ион FeOj^-, органические вещества в карбонаты. Пероксиды щелочных металлов М₂0₂ реагируют с уг­лекислым газом:

2С0₂ + 2М₂0₂ = 2М₂С0₃ + 0₂

Пероксиды типа M²⁺Oj“ реагируют с кислотами:

Mg0₂ + H₂S0₄ = MgS0₄ + Н₂О

При взаимодействии Na₂0₂ с кислородом при температуре 500 °С и давлении 300 атм образуется надпероксид (супероксид). Ион От имеет один неспаренный электрон. Надпероксиды — сильнейшие окислители. Реакция Na0₂ с С0₂ широко применяется для реге­нерации 0₂ в замкнутых системах, например в подводных лодках, космических кораблях:

4Na0₂ + 2С0₂ = 2Na₂C0₃ + 30₂