Вода как реагент реакция

Вода как реагент реакция

Строение молекулы воды.

alt=»Your browser understands the &ltAPPLET&gt tag but isn’t running the applet, for some reason.»Your browser is completely ignoring the &ltAPPLET&gt tag!

Вода имеет полярную молекулу. Кислород как более электроотрицательный атом оттягивает на себя общую с атомом водорода электронную плотность к себе и потому несет частичный отрицательный заряд; атомы водорода, от которых электронная плотность смещена, несут частичный положительный заряд. Таким образом, молекула воды представляет собой диполь , т.е. имеет положительно и отрицательно заряженные участки.
(Модель справа объемная, ее можно вращать при помощи нажатой левой кнопки мыши.)

2. Водородные связи.
Молекулы воды образуют друг с другом водородные связи . Они обусловлены силами притяжения между несущим частичный отрицательный заряд атомом кислорода одной молекулы и несущим частичный положительный заряд атомом водорода другой молекулы.
(Рассмотрите на модели справа, что связи образованы именно между названными выше атомами.)

3. Вода как растворитель.
По отношению к воде все практически вещества можно разделить на две группы:
1. Гидрофильные (от греч. «филео» — любить, имеющие положительное сродство к воде ). Эти вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды. Примеры: сахара, аминокислоты, органические кислоты.
2. Гидрофобные (от греч. «фобос» — страх, имеющие отрицательное сродство к воде ). Молекулы таких веществ неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире, и в жирах. Примером могут служить линейные и циклические углеводороды. в т.ч. бензол. Вода как растворитель в живых организмах.
По образному выражению, все мы — «живые растворы». Действительно, практически все процессы как в клетках организма, так и в межклеточной среде организма протекают именно в водных растворах. Кроме того, со свойством воды как растворителя прямо связана транспортная функция внутренних жидкостей как у многоклеточных животных (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость), так и у многоклеточных растений.

5. Вода как реагент.
Важное значение воды связано также с ее химическими свойствами — как обычного вещества, вступающего в химические реакции с другими веществами. Наиболее важными являются расщепление воды под действием света ( фотолиз ) в световой фазе фотосинтеза , участие воды как необходимого реагента в реакциях расщепления сложных биополимеров (такие реакции не случайно называются реакциями гидролиза ). И, наоборот, при реакциях образования биополимеров, полимеризации, происходит выделение воды.

Высокая удельная теплоемкость.
Вода имеет высокую теплоемкость (в 10 раз большую, чем железо, и в 3300 раз большую, чем воздух). В сочетании с высокой теплопроводностью это делает водную среду достаточно комфортной для обитания живых организмов.
(Вспомните из курса физики, что такое удельная теплоемкость . Среди физических характеристик среды, важных для существования в ней живых организмов, существенную роль играют также выталкивающая сила и вязкость, но их роль мы пока не рассматриваем.)
Благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности водная среда, в отличие от воздушной, менее подвержена перепадам температур (как суточным, так и сезонным), что облегчает адаптацию животных и растений к этому абиотическому фактору. Несжимаемость.
Вода практически несжимаема. Это позволяет многим беспозвоночным животным использовать заполненные водой полости тела в качестве внутренней опоры организма при передвижении (т.н. гидростатический скелет ).

3. Высокая температура кипения.
Близкие по молекулярной массе вещества — метан и аммиак — при н.у. являются газами. Вода же — жидкость и остается ею при нагревании до 100 о С. Аномально высокая температура кипения — результат того, что молекулы воды связаны между собою водородными связями . (Вспомните?) Именно на разрыв этих связей и тратится большое количество энергии.
Для обитателей водной среды это также важно. Диапазон температур на планете (средняя + 7 о С) практически не достигает верхней границы, точки кипения воды.

4. Высокая удельная теплота парообразования.
Эта характеристика, также как и высокая температура кипения, обусловлена наличием водородных связей между молекулами воды.
(Вспомните из курса физики, что такое удельная теплота парообразования. Кстати, чтобы выпарить, к примеру, воду из чайника, тепла потребуется в 5,5 раза больше, чем для того, чтобы вскипятить его) .
Благодаря высокой теплоте парообразования живые организмы (не только животные, но и растения) получили возможность избавляться от избытков тепла в организме, испаряя воду с поверхности тела или его участков. В отличие от других способов теплообмена живых организмов с окружающей средой (излучения, конвекции, теплопередачи) испарение позволяет охлаждать тело даже в том случае, когда температура окружающей среды выше, чем температура тела.

5. Высокая сила поверхностного натяжения.
Это свойство воды (по которому она уступает лишь ртути) не только обуславливает способность воды подниматься по тонким капиллярам (что очень важно и для водного баланса почвы, и для транспорта по сосудам растений), но и возможность использования поверхностной пленки воды для передвижения. Такие животные образуют экологическую группу нейстон , которая делится на эпинейстон (те, кто передвигаются по поверхности пленки, как изображенная на фотографии водомерка), и гипонейстон — животных, прикрепляющихся к поверхностной пленке в воде (личинки некоторых мух и комаров).

Источник

Исследовательская работа по химии «Вода как реагент и как среда для химического процесса»

Вода колыбель жизни. Вода химическое вещество. С водой как с химическим веществом мы сталкиваемся каждый день нашей жизни. Стираем ли бельё, умываемся ли с мылом, моем ли посуду, во всех случаях вода выступает как химическое соединение

Скачать:

Вложение	Размер
rabota_po_himii.docx	155.32 КБ

Предварительный просмотр:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АНГАРСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Исследовательская работа по химии

«Вода как реагент и как среда для химического процесса»

Работу выполнил: Наумов. В. Д

обучающийся гр. ЭПГЗ 41809

Проверил: Вахитова. Е.В

Введение

Водная оболочка Земли – гидросфера – составляет 71% земной поверхности. В связанном состоянии вода находится и в земной коре – литосфере. Запасы воды на Земле (в литосфере и гидросфере) составляют 2,7 млрд. км3. В атмосфере в виде паров содержится 13 тыс. км3 воды.

Отечественный ученый В.И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало. Все земное вещество. ею проникнуто и охвачено».

Актуальность: Вода колыбель жизни. Вода химическое вещество. С водой как с химическим веществом мы сталкиваемся каждый день нашей жизни. Стираем ли бельё, умываемся ли с мылом, моем ли посуду, во всех случаях вода выступает как химическое соединение.

Предмет: Вода как химическое вещество.

Цель: Изучить роль воды в химическом процессе.

Гипотеза: Вода вступает в химические реакции и образуется в ходе химических процессов.

1. Изучить состав, структуру, физические свойства воды.
2. Рассмотреть воду как химический реагент и как среду для химических реакций.
3. Познакомиться с видами воды и её применением.
4. Подтвердить гипотезу химическим экспериментом.

Вода весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например, дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь. Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т.п.

Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Покрывает 70% поверхности Земли и является средой обитания большого количества представителей флоры и фауны. Человеческое тело содержит около 65% воды.

Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Транспорт веществ включает доставку необходимых соединений к определённым органам и тканям (с помощью кровеносной системы у животных и проводящей системы у растений), всасывание их клетками и передвижение внутри клеток, а также выведение продуктов обмена веществ

Вода (оксид водорода) Н 2 О — простейшее устойчивое соединение. Молекула воды (H 2 O) состоит из двух атомов водорода (H 1 ) и одного атома кислорода (O 16 ).

Молекулярная масса воды 18,0160, на водород приходится 11,19% по массе, а на кислород — 88,81%.

Диполь –это молекула, имеющая одинаковые по величине и противоположных по знаку заряды, расположены на расстоянии друг от друга. Три ядра в молекуле воды образуют равнобедренный треугольник с двумя протонами водорода в основании и кислородом в вершине.

Ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря чему, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот.

В молекуле воды ковалентные полярные связи О — Н. Между молекулами воды образуются водородные связи. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях (Приложение 1).

При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение.

1. Физические свойства H 2 O

Вода H 2 O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1 г/см3 (при 3,98 градусах), tпл=0 градусов, tкип=100 градусов.

Вода- это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях: жидком– вода, твёрдом – лёд, газообразном – пар.

Вода-растворитель для полярных веществ (соли, сахара и простых спиртов); неполярные молекулы (гидрофобные) – жиры, масла; среда для транспорта различных веществ; вода как реагент и продукт реакций вода источника водорода для синтеза органических соединений в процессе фотосинтеза вода участвует в реакциях гидролиза; не сжимаемость воды (в жидком состояние); тургор клеток, тканей, основа гидроскелета.

1. Вода как реагент и как среда для химического процесса

1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:

2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH (бурно)

2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH (бурно)

3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (только при нагревании)

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп

2) Вода реагирует с неметаллами, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но всё же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H 2 O = H 2 + CO (при сильном нагревании)

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (при сильном нагревании)

3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов:

SO 3 + H 2 O =H 2 SO 4 (серная кислота)

CO 2 + H 2 O =H 2 CO 3 (угольная кислота)

4) Вода реагирует с оксидами металлов:

CaO +H 2 O =Ca(OH) 2 — гидроксид кальция (гашеная известь)

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO 2 , Cr 2 O 3 , из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

5) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C 6 H 10 O 5 )n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5 )n + 6n O 2 (при действии света)

Вода участвует во многих химических реакциях в качестве растворителя, реагента либо продукта. Вода является продуктом многих неорганических и органических химических реакций. Например, она образуется при нейтрализации кислот и оснований.

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

В органической химии реакции конденсации сопровождаются отщеплением молекул воды.

Вода способна вступать в роли окислителя и восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные левее олова в электрохимическом ряду напряжения металлов.

2К + H 2 O = К 2 O + 2H 2

Вода проявляет амфотерные свойства. Это означает, что она может выступать в роли как кислоты, так и в роли основания.

NH 3 + H 2 O (кислота) = NH 4 + + OH —

HF + H 2 O (основание) = F — + H 3 O +

Гидролиз — это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений.

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды.

При гидролизе жиров в присутствии щелочей получают мыло;

Гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др. Гидролиз встречается в повседневной жизни: стирка, мытьё посуды, умывание с мылом.

4. Вода может выступать в роли катализатора. Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Например, если смешать порошок алюминия и йода то реакция идти не будет, но если добавить каплю воды, то начинает идти бурная реакция.

2Al + 3J 2 = 2AlJ 3 + Q

Бромная вода — насыщенный раствор Br 2 в воде (3,5% по массе Br 2 ). Бром — вещество, которое, как и ртуть, при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Оно очень токсично, но широко используется в химической промышленности и лабораториях. Относится к группе галогенов, но более слабое, чем хлор. При прохождении через воду образует раствор под названием бромная вода. По внешнему виду бромная вода — оранжево-желтая жидкость, взявшая от основного вещества его неприятный запах. Температура, при которой раствор замерзает, довольно низкая. Еще при -20°C она жидкая.

Применяют бромную воду в промышленных лабораториях. Одной из качественных реакций на непредельные углеводороды является именно взаимодействие алкенов и алкинов с раствором бромной воды. В результате этого состав обесцвечивается. Разрывая двойные и тройные связи, бром присоединяется, образуя бромистые соединения.

Аммиачная вода — образуется при контакте сырого коксового газа с водой, который концентрируется вследствие охлаждения газа или специально впрыскивается в него для вымывания NH 3 . Аммиачную воду используют в производстве соды, как жидкое удобрение и др.

Подсмольная вода — образуется при полукоксовании и газификации твёрдых, горючих ископаемых. Наиболее характерные компоненты: NH 3 , фенолы, карбоновые кислоты. Одни из наиболее вредных видов сточных вод. Обезвреживание заключается в выделении из подсмольных вод указанных компонентов и последующей биохимической очистке.

Дистиллированная вода — очищенная вода, практически не содержащая примесей и посторонних включений.

Физические свойства: в дистиллированной воде растворены газы атмосферы: кислород, азот, аргон, углекислый газ и незначительное количество других. Из-за растворённой углекислоты дистиллированная вода имеет слабокислую среду и её pH составляет 5,4—6,6. Для получения полностью нейтральной воды её кипятят до полного удаления углекислого газа (в течение 30 минут) и хранят в герметичной таре. Применяют дистиллированную воду в химических лабораториях, где её используют для приготовления растворов, проведения анализов и ополаскивания химической посуды после мытья.

Применяют для корректировки плотности электролитов, безопасной эксплуатации аккумуляторов, промывки систем жидкостного охлаждения, разбавления концентратов различных жидкостей и для прочих бытовых нужд. Например, для добавления в паровые утюги (полностью исключают появление накипи), для корректировки температуры замерзания незамерзающей стеклоомывающей жидкости и при цветной фотопечати.

Роль воды в нынешней науке и технике очень велика. Вот только часть областей применения воды.

1. В сельском хозяйстве для полива растений и питания животных

2. В химической промышленности для получения кислот, оснований, органических веществ.

3. В технике для охлаждения, в паровых двигателях.

4. В металлургии для выплавки металлов.

5. Для получения бумаги и картона требуется большое количество воды.

6. В медицине для приготовления лекарств.

7. В термоядерных реакторах для задержки нейтронов применяется тяжелая или сверхтяжелая вода (D 2 O, T 2 O соответственно; D — дейтерий, Т — тритий; это изотопы водорода).

Опыт 1. Гидролиз мыла.

В сухую пробирку помещают кусочек мыла. К мылу прибавляют воду. Хорошо взбалтывают. И добавляют индикатор фенолфталеин. По мере прибавления фенолфталеина появляется розовое окрашивание. С 17 Н 35 СООНNa + Н 2 О = С 17 Н 35 СООН + NaОН

В результате взаимодействия мыла с водой происходит гидролиз. Образуются малодиссоциированные жирные кислоты и гидроксид натрия. Розовое окрашивание говорит о появлении в растворе гидроксильных ионов. Реакция водных растворов мыла всегда щелочная. Приложение 2.

Опыт 2. Гидролиз сульфата меди.

В пробирки помещаем несколько крупинок сульфата меди и наливаем воду до растворения соли. К каждому раствору прибавляем 1-2 капли раствора фенолфталеина. Наблюдаем розовое окрашивание раствора. Приложение 3.

В результате гидролиза образуются катионы водорода, которые создают кислую среду, поэтому бесцветный раствор фенолфталеина окрашивается в розовый цвет.

2CuSO 4 + 2H 2 O ⇄ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

Полное ионное уравнение:
2Cu 2+ + 2SO 4 2- + 2H 2 O ⇄ 2CuOH + + SO 4 2- + 2H + + SO 4 2-

Краткое ионное уравнение:
Cu 2+ + H 2 O ⇄ CuOH + + H +

Вывод: Опыт 1 и опыт 2 доказывают, что вода участвует в процессе взаимодействия химических веществ как химическая среда..

Опыт 3. Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой.

Поместили в химический стакан кусочек мела (карбонат кальция) и прилили в стакан соляной кислоты, ровно столько, чтобы ей покрылся кусочек. Наблюдается выделение пузырьков газа – это углекислый газ. Образуется соль хлорид кальция (СаСl 2 ) и вода.

СаСО3 + НСl = СаСl 2 + СО 2 + Н 2 О

Вывод: Данная химическая реакция доказывает, что вода может образовываться в результате химического взаимодействия, как продукт реакции. Приложение 4.

Заключение

Вода — универсальный растворитель.

Вода является незаменимым веществом для всего живого на земле.

Вода — одно из самых распространенных веществ на нашей планете.

Считают, что вода самое простое вещество на Земле. Она имеет огромное значение в эволюции как живой, так и неживой природы.

На Земле происходит непрерывный круговорот воды, включающий использование воды на бытовые и производственные нужды человека, использование воды растениями и животными, испарение воды и фильтрацию ее через почву многое другое.

В результате исследования установлено, что вода может быть и как реагент химического процесса и как среда в которой протекают химические реакции. Вода может образовываться как продукт реакции. Гипотеза в ходе исследования подтвердилась.

Источник