Вода и ее свойства

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Вода – это реакционноспособное соединение, сильно отличающееся от большинства других жидкостей составом и свойствами.

Формула воды Н₂О применима только к водяным парам при высокой температуре. Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле.

Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды Н:О:Н две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленные электронные пары. Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода и атомы водорода приобретают положительные заряды, так что на этих атомах создаются два положительных полюса.Отрицательные заряды неподеленных электронных пар атома кислородасмещены относительно ядра атома и создают два отрицательных полюса.

В результате каждый из двух атомов водорода обладает частичным положительным зарядом, а атом кислорода несет частичный отрицательный заряд (рис. 1). Таким образом, молекула воды в целом представляет собой диполь, хотя и не имеет суммарного заряда. Характер расположения электронов в молекуле воды придает ей электрическую асимметрию.

Рис. 1. Схема строения молекулы воды

В жидком состоянии вода состоит из более сложных молекул и представляет собой полимер. Молекулы воды соединяются между собой вследствие их дипольного характера и возникновения водородной связи, которая образуется между атомом водорода одной полярной молекулы и атомом кислорода другой полярной молекулы:

Рис. 2. Схема соединения между собой молекул воды

Силы межмолекулярного притяжения, или так называемые водородные связи, оказываются весьма значительными. Благодаря им каждая молекула может притянуть до четырех других молекул воды.

Вода обладает высокими температурами плавления, кипения, испарения и большим поверхностным натяжением. Эти свойства обусловлены тем, что силы притяжения между молекулами воды очень велики и соответственно этому велико их внутреннее сцепление. При испарении воды требуется энергия для преодоления сил сцепления между соседними молекулами жидкости, вследствие чего эти молекулы могут отрываться друг от друга и переходить в газообразное состояние.

Хотя молекулы воды очень прочны, небольшая их часть все же диссоциирует: Н₂О = Н⁺ + ОН^-.

Вода характеризуется рядом специфических физических свойств. При нагревании от 0 до 4 °С ее объем не увеличивается, а уменьшается, и максимальной плотности она достигает при 3,98 °С. При замерзании объем воды увеличивается, а не уменьшается, как объемы всех других тел. Объем льда на 1/11 больше объема воды, из которой он образовался. Плотность льда 0,92 г/см³, он легче воды. Температура замерзания воды понижается с увеличением давления. После ртути вода обладает самым большим поверхностным натяжением. Она отличается высокой степенью смачивания, способна подниматься высоко вверх но тонким капиллярам и прилипать к поверхности многих тел, является универсальным и сильнейшим растворителем очень многих веществ, обладает чрезвычайно большой удельной теплоемкостью по сравнению с удельной теплоемкостью других тел.