Вода это класс неорганических веществ

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Размышления ( не учебный материал . ) на тему

свойств молекулы воды

Автор статьи — Саид Лутфуллин

Самое распространенное вещество на нашей планете. Без нее не было бы жизни. Все живые структуры, за исключением вирусов, по большей части состоят из воды. На ее примере детям в школе объясняют строение молекул, химические формулы. Свойства, характерные только для воды, используются в живой природе, а так же в хозяйственной жизни человека.

С детства нам знакомое вещество, никогда не вызывавшее каких-то вопросов. Ну вода, и что? А в таком простом, казалось бы, веществе скрыто много загадок.

свойства молекулы воды

Вода — основной природный растворитель. Все реакции в живых организмах так или иначе протекают в водной среде, вещества реагируют в растворенном состоянии.

У воды отличная теплоемкость, но довольно малая теплопроводность. Это позволяет использовать воду как транспорт тепла. На этом принципе основан механизм охлаждения многих организмов. А в атомной энергетике и воду, благодаря этому свойству, используют в качестве теплоносителя.

В воде не только протекают реакции, она сама вступает в реакции. Гидратация, фотолиз и т. д.

Это только некоторые свойства, ни одно вещество не может похвастаться таким наборов свойств. Поистине это вещество уникально.

Ну а теперь ближе к теме.

Всегда, везде, даже в школе на уроках химии ее называют просто «вода».

А вот какое химическое называние и свойства молекулы воды?

На просторах интернета и учебной литературы можно встретить такие называния: оксид водорода, гидроксид водорода, гидроксильная кислота. Это самые наиболее часто встречающиеся.

Так к какому все таки классу неорганических веществ относится вода?

Давайте разберемся в этом вопросе.

Ниже приведена схема:

вода — точно не простое вещество, так как образована атомами разных элементов;

и не соль, так как связь в солях между катионом и анионом должна быть ионной, катионом должен быть металл, а в молекуле воды связи только ковалентные и катион — водород (неметалл).

Для начала разберемся — оксид это или гидроксид. Что с уверенностью можно сказать, так это то, что вода — это точно не оксид.

Хотя, если поверхностно посмотреть, то вода, в принципе, попадает под определение оксида водорода. Образуется в результате реакции полного окисления водорода: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, кислород в низшей степени окисления.

Рассмотрим по свойствам :

Свойства основных оксидов:

Взаимодействие с кислотами.

Взаимодействие с кислотными оксидами.

Взаимодействие с амфотерными оксидами.

Молекула воды обладает только одним свойством основного оксида — это взаимодействие с кислотными оксидами.

Свойства кислотных оксидов:

Взаимодействие со щелочами.

Взаимодействие основными оксидами.

Взаимодействие амфотерными оксидами.

Молекула воды так же проявляет только одно свойство: взаимодействие основными оксидами.

По свойствам молекула воды проявляет двойственную природу : реагирует с кислотными и основными оксидами.

Но воду нельзя отнести к амфотерным оксидам, так как амфотерные оксиды образуют металлы, а водород — неметалл.

Выходит, если вода — все таки оксид, значит несолеобразующий.

Но, может это будет сенсацией, ВОДА ОБРАЗУЕТ СОЛИ!

Но об этом немного позже.

Из приведенных выше доказательств следует, что вода — не оксид. Еще один аргумент «против оксида»: ни один оксид не диссоциирует на ионы, а одно из свойств молекулы воды — частичная диссоциация на катион H + и анион OH — .

Исходя из предыдущего: в воде два «разных» водорода. Один в катионе, другой — в анионе.

И формулу воды следует писать не так как мы привыкли: H₂O, а

HOH

Следовательно, вода — это гидроксид.

Эта версия более правдоподобна: гидроксильная группа явно намекает на что-то подобное. Но какой гидроксид? Давайте опять разберем по свойствам гидроксиды:

Свойства основных гидроксидов (оснований):

Для растворимых оснований (щелочей):

Для растворимых оснований (щелочей) характерны реакции ионного обмена.

Взаимодействие растворимых оснований (щелочей) с кислотными основаниями.

Взаимодействие с амфотерными гидроксидами.

Нерастворимые основания разлагаются при нагревании.

Молекула воды не проявляет ни одного свойства, только разве что, при сильном нагревании, она подвергнется разложению, ну а это со всеми веществами так — есть определенный порог температуры, выше которого связи не могут больше существовать и разрушаются.

Так же аргумент, «против» амфотерного и основного гидроксида — основные и амфотерные гидроксиды образуют только металлы.

Теперь подходим к самой интересной части. Выходит, что вода — это

кислотный гидроксид, то есть кислородосодержащая кислота.

Рассмотрим по свойствам.

Для кислотных гидроксидов характерны:

Реакции с металлами.

Реакции с основными и амфотерными оксидами.

Реакции с основаниями и амфотерными гидроксидам.

Реакции с солями.

Для сильных кислот так же реакции ионного обмена.

Вытеснение более слабых, а так же летучих кислот из солей.

Для молекулы воды характерны почти все эти свойства.

• Реакции с металлами. Не все металлы способны реагировать с водой. Вода как кислота — очень слабая, но, тем не менее, это свойство она проявляет:

HOH + Na → NaOH + H₂↑ — из воды вытесняется водород — вода ведет себя, как большинство кислот.

• Реакции с основными и амфотерными оксидами. С амфотерными оксидами не реагирует, так как кислотные свойства слабые, но реагирует с основными оксидами (не со всеми правда, это объясняется слабыми кислотными свойствами):

HOH + Na₂O → 2NaOH

• Реакции с основаниями и амфотерными гидроксидам. Тут вода не может похвастаться такими реакциями — из-за своей слабости как кислоты.
• Реакции с солями. Некоторые соли подвергаются гидролизу — как раз таки реакции с водой.

Эта реакция так же иллюстрирует последнее свойство — вытеснение кислоты, у воды получается вытеснить сероводород.

Из определения: «кислота — это сложное вещество, состоящее из водорода и кислотного остатка, при диссоциирующее на катион H + и катион кислотного остатка«.

Все подходит. И получается, что кислотный остаток — это гидроксильная группа OH.

И, как я и говорил раньше, вода образует соли, выходит, что соли воды-кислоты — это основные и амфотерные гидроксиды: металл, соединенный с кислотным остатком (OH).

И схемы реакций:

кислота + металл → соль + водород (в общем случае)

HOH + Na → NaOH + H₂↑

кислота + основный оксид → соль вода

HOH + Na₂O → 2NaOH (соль образуется, только воды не образуется, да и с чего бы это вдруг в результате реакции с водой, должна образовываться вода)

соль + кислота → другая кислота + другая соль

Итак, мы пришли к выводу, что амфотерные и основные гидроксиды — это соли воды — кислоты.

Тогда как их называть?

Весть термин «гидроксид» также применим к кислородосодержащим кислотам. По правилам получается:

название иона + ат = Гидрокс + ат.

Соли воды — гидроксаты.

Вода настолько слабая кислота, что проявляет некоторые амфотерные свойства, например реакции с кислотными оксидами.

И в воде нейтральная среда, а не кислая, как во всех кислотах — это исключение из правила.

Но в конце концов, как говорил замечательный русский химик-органик «Неосуществимых реакций нет, а если реакция не идет, то еще не найден катализатор».

Сформулируем основные положения теории «Вода — кислота»:

Молекула воды по свойствам — слабая (очень слабая) кислота.

Вода настолько слабая, что проявляет амфотерные свойства и у нее нейтральная реакция среды.

Вода как кислота образует соли — гидроксаты.

К гидроксатам относятся амфотерные и основные гидроксиды.

Формула воды: HOH.

Правильные названия воды: гидроксид водорода, гидроксильная кислота.

Источник

Неорганические соединения. Вода и ее свойства

Среди всех веществ на первом месте по массе находится вода. Она составляет около 60-70 %, а в некоторых организмах-до 98 % содержимого. В эмали зубов — 10 %, в нервных клетках — до 85 %. Содержание воды зависит от возраста организма, его активности. Наиболее высокое содержание воды у эмбрионов (90-95 %). У эмбриона человека в 1,5 месяца вода составляет 97,5 %, у восьмимесячного — 83 %, у новорожденного ребенка 74 %, у взрослого человека — в среднем 66 %. С возрастом содержание воды постепенно уменьшается. Содержание воды в разных тканях различное и зависит от их метаболической активности: чем более интенсивные процессы обмена веществ, тем выше содержание воды.

Плотность

Теплоемкость воды и метана. Плотность и структура воды и льда. Гидратация: глицерин, катион и анион.

Вода имеет наибольшую плотность при 4 °С, а плотность льда меньше, чем плотность воды. Поэтому водоемы промерзают очень медленно, снаружи покрываясь льдом.

Вода почти не сжимается, что важно для придания формы и упругости клеткам, органам и тканям, обеспечивает тургорное давление, необходимое положение органов и частей организма в пространстве. В сравнении с другими жидкостями вода характеризуется высокой температурой кипения, плавления, большей теплотой испарения (что обеспечивает защиту организма от перегревания). Объясняется это тем, что молекулы воды более крепко связаны между собой, чем молекулы других растворителей.

Форма

Вода находится в двух формах — свободной и связанной (структурированной). Свободная вода составляет 95 % всей воды клетки. Используется преимущественно как растворитель и среда для коллоидной системы цитоплазмы. Связанная вода составляет 4-5% всей воды клетки.

Полярность

Молекулы воды полярны, состоят из двух атомов водорода, которые соединены с атомом кислорода ковалентной связью. Они способны образовывать диполя (в области водорода преобладает положительный заряд, в области кислорода — отрицательный), которые формируют вокруг веществ (белков) водную оболочку и не позволяют им склеиваться. Вода неустойчиво соединена водородными и другими связями с белками.

Молекулы воды способны притягиваться одна к другой положительным и отрицательным зарядами, образуя водородные связи. Водородные связи слабее, чем ковалентные, в 15-20 раз. В жидком состоянии молекулы воды находятся в постоянном движении. Водородные связи при этом то создаются, то разрываются, создавая текучесть.

Растворитель

Вода хороший растворитель, лучше других жидкостей. В ней хорошо растворяется много минеральных и органических веществ, газов. Свойства растворителя обусловлены особенностями ее внутренней молекулярной структуры.

Вещество растворяется, если энергия притяжения молекул воды к молекулам любого вещества большая, чем энергия притяжения между молекулами воды. Вещества делятся, в зависимости от этого, на гидрофильные (от греч. гидрос — вода и филио — люблю), которые хорошо растворяются, и гидрофобные (от греч. гидрос — вода, фобос — бояться), которые практически не растворимы. Гидрофильные вещества: большинство солей натрия, калия, некоторые белки, кислоты и т. п. Гидрофобные — преимущественно неполярные вещества: жиры, жирообразные вещества, каучук, полисахариды и т. п. Они содержат неполярные группы, которые не взаимодействуют с молекулами воды. Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов диссимиляции возможно преимущественно только в растворенном виде.

Вода является важной, основной средой, где протекают важные химические реакции.

Вода непосредственно принимает участие в биохимических реакциях — реакциях гидролиза (от греч. гидрос — вода и лизис — расщепление). Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит вследствие взаимодействия их с водой с участием ферментов.

Вода образуется вследствие многих химических реакций обмена веществ.

Теплоемкость

Вода имеет большую теплоемкость (способность поглощать тепло при незначительных изменениях собственной температуры) и высокую теплопроводность. То есть она является идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия организма, защищает клетку от резких колебаний температуры.

Вода является источником ионов водорода и кислорода при фотосинтезе. Водород используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа.

Вода активно участвует в поддержке осмотического давления в клетке. Осмосом (от греч. осмос — давление) называется проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор большей концентрации растворенного вещества. То есть осмос — это односторонняя диффузия молекул воды в направлении растворенного вещества. Переход молекул воды сквозь мембрану прекращается при выравнивании концентраций растворов или при повышении давления в более концентрированном растворе вследствие поступления в него воды. Давление, с которым вода проникает сквозь мембрану, называется осмотическим. Величина осмотического давления возрастает с увеличением концентрации раствора. Осмотическое давление жидкостей организма человека и млекопитающих равняется давлению 0,85% раствора хлорида натрия. Это — изотонический раствор. Два раствора с одинаковым осмотическим давлением, независимо от химического состава растворенных веществ, называются изотоническими (от греч. изос — равный и тонус — сила, напряжение). Более концентрированный раствор называется гипертоническим, менее — гипотоническим.

На явлениях осмоса основано движение воды проводящими тканями растений и напряженное состояние стенок растительных клеток — тургор (от лат. turgere — быть набухшим). Вода, которая всасывается корневыми волосками растений, содержит мало растворенных веществ. Вода проникает в клетки сквозь мембраны и создает в них повышенное давление, придает упругость (тургор) листьям, лепесткам цветов, стеблям травы.

Вода — это основное средство движения веществ в организме и клетке. Благодаря этому происходит обмен веществ между тканями.

Вода с растворенными в ней веществами изменяет температуру замерзания и кипения. Это свойство предотвращает замерзание клеток, организмов.

Источник