::НЕМЕТАЛЛЫ

::Элементы подгруппы кислорода

ВОДА

Строение и физические свойства

В молекуле воды орбитали кислорода sр3-гибридйзованы, она представляет собой тетраэдр, в двух вершинах которого - атомы водорода, а в ;двух остальных - неподеленные электронные пары кислорода. Молекула воды полярна, т.е. является диполем. Легко образует водородные связи, благодаря чему обычно ассоциирована - (Н₂О)Х. При кбмнатной температуре степень ассоциации (х) равна 2-4. Межмолекулярные водородные связи являются причиной аномально высоких теператур плавления (О С) и кипения (100 °С) воды по сравнению с ее аналогами (H2S при обычных условиях -газ). Вода - единственное вещество, у которого плотность жидкой фазы (1 г/см3 при 4 °С) больше, чем твердой, благодаря чему большие водоемы не промерзают до дна. Исключительно высока теплоемкость воды - она является важным регулятором климата, стабилизируя температуру поверхности планеты. Ту же термостатирующую роль играет вода в животных организмах. Благодаря высоким диэлектрической проницаемости и дипольному моменту вода - хороший растворитель. Организмы животных и растений содержат от 50 до 90 % воды. Вода составляет 61 % от массы тела человека.

Химические свойства
I. Кислотно-основные свойства.
Вода является идеальным амфотерным соединением, т.к. при ее * дисссоциации образуются ионы Н⁺ и ОН^-:
Н₂О->Н⁺ + ОН^-
Более правильно изображать диссоциацию воды иначе:
2Н₂0 -> Н30⁺ + ОН^-
ибо протон (Н⁺) вступает в донорно-акцепторное взаимодействие с молекулой воды, образуя ион гидроксония [Н3О]⁺. Вода - очень слабый электролит (а < 10-10). При взаимодействии с кислотными оксидами проявляет основные свойства:
SO₃ + Н₂О -> H₂SO₄
а с основными - кислотные:
ВаО + Н₂О -> Ва(ОН)₂

П. Окислительно-восстановительные свойства.
Поскольку оба составляющих воду элемента находятся в очень устойчивых степенях окисления, такие реакции возможны только при участии сильных окислителей или восстановителей.
1) Окислительные свойства (за счет Н⁺):
а) с активными металлами (см. "Получение водорода");
б) с малоактивными неметаллами:
С + Н₂О -> СО + Н₂ (при высокой температуре)
Si + Н₂О + 2NaOH -> Na2SiO₃ + 2Н₂
в) с гидридами активных металлов:
СаН₂ + 2Н₂О -> Са(ОН)₂ + 2Н₂
2) Восстановительные свойства (за счет О-2):
При взаимодействии со фтором происходит окисление кислорода:

III.Реакции гидратации (присоединения воды к веществу).
1) Гидратация ионов.
При растворении электролитов в воде образующиеся ионы за счет ион-дипольного взаимодействия удерживают некоторое число молекул воды, т.е. существуют в гидратированном виде, например [Fe(H2O)6]2+. Связь в некоторых из них настолько прочна, что сохраняется и в кристаллах. Этим объясняется существование кристаллогидратов, например, CuSO₄*5H2O, Na2CO₃*10H2O.
2) Гидратация органических соединений.
Непредельные углеводороды способны вступать в реакцию присоединения воды, образуя кислородсодержащие органические соединения.
Н₂С=СН-СН3 + Н₂0 -> Н₃С-СН(ОН)-СН₃
НС₃ + Н₂О -> Н₃С-СО-СН₃

IV. Реакции гидролиза (разложения вещества водой).
1) Гидролиз карбидов (способ получения углеводородов).
А1₄С₃ + 12Н₂О -> 4А1(ОН)₃ + ЗСН₄
СаС₂ + 2Н₂О -> Са(ОН)₂ + С2Н₂
2) Гидролиз органических соединений.
С₂Н₅С1 + Н₂О -> С₂Н₅ОН + НС1
Н₃С-СООС₂Н₅ + Н₂О -> Н₃С-СООН + С₂Н₅ОН
С12Н₂2О11(сахароза) + Н₂О -> СбН12О6(глюкоза) + С₆Н₁₂О₆(фруктоза)
3) Гидролиз солей.
Гидролиз солей - взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита. Гидролиз - обратимый процесс.
где М - катион металла или катион аммония, А - анион кислоты
Нагревание и разбавление (добавление воды) усиливают гидролиз. В том случае, когда продукты уходят из сферы реакции, гидролиз может протекать необратимо:
A1₂S₃ + 6Н₂О -> 2Al(OH)₃ + 3H₂
Гидролизу подвергаются соли, образованные хотя бы одним слабым электролитом (кислотой или основанием). Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.
Степень гидролиза (?) - отношение числа гидролизованных молекул (Сгидр.) к общему числу растворенных молекул (С0), измеряется в долях единицы или в процентах. Чем больше температура и меньше концентрация (больше разбавление), тем больше степень гидролиза.
а) Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием (гидролиз по аниону):
KCN + НОН -> HCN + КОН
CN- + НОН -> HCN + ОН- (среда щелочная)
Если соль образована многоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато, но в основном - по первой ступени:
1 -я ступень: Na2CO₃ + НОН -> NaHCO₃ + NaOH
CO₃^2- + HOH -> НСО3-+ОН^-
2-я ступень (при нагревании и разбавлении);
NaHCO₃ + НОН -> Н₂СО3 (СО2 + Н₂О) + NaOH
НСО3^- + НОН -> Н₂СО3 ⁺ ОН^-
б) Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (гидролиз по катиону):
NH4C1 + Н₂О -> NH4OH (NH3*H2O) + НС1
NH⁴⁺ + H₂0 -> NH₄OH (NH₃ H₂0) + H⁺ (среда кислая)
Для солей, образованных многокислотным основанием:
1 -я ступень: А1Сl₃ + НОН -> A1(OH)C1₂ + HC1
А1³⁺ + НОН -> А1(ОН)²⁺ + Н⁺
2-я ступень: А1(ОН)С1₂ + НОН -> А1(ОН)₂С1 + НС1
А1(ОН)²⁺ + НОН -> А1(ОН)²⁺+Н⁺
3-я ступень (при нагревании и разбавлении):
А1(ОН)₂С1 + НОН -> А1(ОН)₃ + НС1
А1(ОН)₂ + НОН -> А1(ОН)₃ + Н⁺
в) Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой (одновременно и по катиону, и по аниону):
В результате связывания образующихся путем гидролиза ионов Н⁺ и ОН^- в молекулы воды гидролиз усиливается.
Реакция среды в растворах таких солей зависит от степени диссоциации кислоты и основания. Если они приблизительно одинаковы, как в приведенном примере, то реакция среды нейтральная. Если кислота сильнее основания - кислая (гидролиз соли HCOONH4), если же наоборот (гидролиз соли NH4CN) - щелочная.