Какие вещества растворимые в воде

Какие вещества растворимые в воде

Свойства воды. Растворы

Вода — наиболее распространенное на Земле вещество, она покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни. Приблизительно две трети человеческого тела приходятся на долю воды, и многие пищевые продукты состоят преимущественно из воды.

Структура и физические свойства воды. В 1860-х годах итальянский химик Станислав Канниццаро, исследуя органические соединения, содержащие группы —ОН, названные им гидроксильными, окончательно установил, что вода имеет формулу Н20.

Вода — ковалентное молекулярное соединение. Связь О—Н ковалентная полярная; угол—104,5°. Кислород как более электроотрицательный атом (электроотрицательность — это способность притягивать к себе общую электронную плотность при образовании связи) 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. Вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, обладающую целым рядом аномальных физических свойств. Например, она имеет аномально высокие температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Редкой особенностью воды является то, что ее плотность в жидком состоянии при 4 °С больше плотности льда. Поэтому лед плавает на поверхности воды. Эти аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают между собой молекулы как в жидком, так и в твердом состоянии. Вода плохо проводит электрический ток, но становится хорошим проводником, если в ней растворены даже небольшие количества ионных веществ.

Химические свойства воды

1. Кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизации:

Это позволяет воде быть, с одной стороны, акцептором протона: а с другой стороны — донором протона:

2. Окислительно-восстановительные реакции. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова. Например, в реакции между натрием и водой

происходит следующий окислительный процесс:

В этой реакции вода играет роль восстановителя:

Другим примером подобной реакции является взаимодействие между магнием и водяным паром:

Вода действует как окислитель в процессах коррозии. Например, один из процессов, протекающих при ржавлении железа, заключается в следующем:

Вода является важным восстановителем в биохимических процессах. Например, некоторые стадии цикла лимонной кислоты включают восстановление воды:

Этот процесс электронного переноса имеет также большое значение в восстановлении органических фосфатных соединений при фотосинтезе. Цикл лимонной кислоты и фотосинтез представляют собой сложные процессы, включающие ряд последовательно протекающих химических реакций. В обоих случаях процессы электронного переноса, происходящие в них, еще не полностью выяснены.

  • 3. Гидратация. Молекулы воды способны сольватировать как катионы, так и анионы. Этот процесс называется гидратацией. Гидрат- ная вода в кристаллах солей называется кристаллизационной водой. Молекулы воды обычно связаны с сольватируемым ими катионом координационными связями. Обозначают содержание гидратной воды в формуле вещества: CuS04 • 4Н20.
  • 4. Гидролиз. Гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой. Примером реакций этого типа может быть реакция между хлороводородом и водой с образованием соляной кислоты. Другой пример-гидролиз хлорида железа(Ш):

5. Взаимодействие с оксидами активных металлов: СаО + Н20 =

Са(ОН)2.

6. Взаимодействие с оксидами неметаллов: Р205 + Н20 = 2НР03.

Вода широко используется в качестве растворителя в химической

технологии, а также в лабораторной практике. Она представляет собой универсальный растворитель, необходимый для протекания биохимических реакций. Дело в том, что вода прекрасно растворяет ионные соединения, а также многие ковалентные соединения. Способность воды хорошо растворять многие вещества обусловлена полярностью ее молекул, которые при растворении в воде ионных веществ ориентируются вокруг ионов, т.е. сольватируют их. Водные растворы ионных веществ являются электролитами. Растворимость ковалентных соединений в воде зависит от их способности образовывать водородные связи с молекулами воды. Простые ковалентные соединения, как, например, диоксид серы, аммиак и хлороводород, растворяются в воде. Кислород, азот и диоксид углерода плохо растворяются в воде. Многие органические соединения, содержащие атомы электроотрицательных элементов, как, например, кислорода или азота, растворимы в воде. В качестве примера укажем этанол С2Н5ОН, уксусную кислоту СНзСООН, сахар Ci2H2206. Присутствие в воде нелетучих растворенных веществ, например хлорида натрия или сахара, понижает давление пара и температуру замерзания воды, но повышает ее температуру кипения. Присутствие в воде растворимых солей кальция и магния (жесткость воды) затрудняет ее использование в технологических процессах.

Жесткость воды подразделяется на временную (карбонатную, обусловленную присутствием гидрокарбонатов кальция Са(НС03)2

и магния Mg (НСОЗ) 2) и постоянную (некарбонатную) жесткость. По ГОСТ Р 52029—2003 жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж), что соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной ‘/2 его моля, выраженной в мг/дм3 (г/м3). По величине общей жесткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жесткости (2—10 мг-экв/л) и жесткую (более 10 мг-экв/л).

Жесткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жесткость волжской воды в марте — 4,3 мг- экв/л, в мае — 0,5 мг-экв/л). В подземных водах жесткость обычно выше (до 80—100 мг-экв/л) и меньше изменяется в течение года.

Растворимость газов в воде зависит от температуры и парциального давления газа над водой: чем ниже температура и выше парциальное давление газа над водой, тем выше концентрация газа в жидкости.

Растворимость большинства твердых веществ повышается при увеличении температуры. При растворении твердого вещества протекают два процесса:

  • 1) процесс разрушения кристаллической решетки. Этот процесс требует затраты энергии, поэтому является эндотермическим’,
  • 2) процесс образования гидратов (сольватов) протекает с выделением энергии.

Общая теплота растворения складывается из теплот этих двух процессов, поэтому растворение может проходить как с повышением, так и с понижением температуры.

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов. Необходимыми компонентами раствора являются растворитель и растворенное вещество, например, растворенный в воде сахар. В одном растворителе может находиться несколько растворенных веществ. Например, при приготовлении маринада в воде растворены сахар, соль и уксусная кислота. Растворенными веществами при одинаковом агрегатном состоянии компонентов обычно считаются компоненты, находящиеся в недостатке, в то время как компонент, находящийся в избытке, считается растворителем. При разных агрегатных состояниях компонентов раствора растворителем обычно считается компонент, агрегатное состояние которого совпадает с агрегатным состоянием раствора. Например, в случае жидких растворов твердых и газообразных веществ растворителем всегда считается жидкий компонент, независимо от концентрации растворенных веществ. Если при приготовлении раствора используют две жидкости, растворителем является та, которая находится в избытке. Если при приготовлении раствора используют воду, то растворителем является вода.



Источник: bstudy.net


Добавить комментарий