L'acqua è il solvente più comune sul pianeta Terra, determinando in gran parte la natura della chimica terrestre come scienza. La maggior parte della chimica, al suo inizio come scienza, è iniziata proprio come chimica delle soluzioni acquose di sostanze. A volte è considerato un anfolita - e un acido e una base allo stesso tempo (catione H + anione OH -). In assenza di sostanze estranee nell'acqua, la concentrazione di ioni idrossido e ioni idrogeno (o ioni idronio) è la stessa.

L'acqua è una sostanza chimicamente abbastanza attiva. Reagisce con molte sostanze della chimica organica e inorganica.

1) L'acqua reagisce con molti metalli con rilascio di idrogeno:

2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH (violentemente)

2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH (violentemente)

3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (solo se riscaldato)

Non tutti, ma solo i metalli sufficientemente attivi possono partecipare a reazioni redox di questo tipo. I più facilmente reagiscono sono i metalli alcalini e alcalino terrosi dei gruppi I e II.

A partire dal non metalli con l'acqua reagiscono, ad esempio, il carbonio e il suo composto di idrogeno (metano). Queste sostanze sono molto meno attive dei metalli, ma possono comunque reagire con l'acqua ad alte temperature:

C + H 2 O = H 2 + CO (con forte riscaldamento)

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (con forte riscaldamento)

2) Elettrolisi. L'acqua si decompone in idrogeno e ossigeno se esposta a una corrente elettrica. È anche una reazione redox, in cui l'acqua è sia un agente ossidante che un agente riducente.

3) L'acqua reagisce con molti ossidi non metallici. A differenza delle precedenti, queste reazioni non sono redox, ma reazioni composte:

SO2 + H2O = H2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

CO2 + H2O = H2CO3

4) Alcuni ossidi metallici possono reagire anche con l'acqua:

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Non tutti gli ossidi metallici reagiscono con l'acqua. Alcuni di essi sono praticamente insolubili in acqua e quindi non reagiscono con l'acqua. Abbiamo già incontrato tali ossidi. Questi sono ZnO, TiO 2, Cr 2 O 3, da cui vengono preparate, ad esempio, vernici resistenti all'acqua. Gli ossidi di ferro sono anche insolubili in acqua e non reagiscono con essa.

5) L'acqua forma numerosi composti in cui la sua molecola è completamente conservata. Questi sono i cosiddetti idrati. Se l'idrato è cristallino, allora si chiama idrato di cristallo... Per esempio:

CuSO 4 + 5H 2 O = CuSO 4 * 5H 2 O (idrato cristallino (solfato di rame))

Ecco altri esempi di formazione di idrati:

H 2 SO 4 + H 2 O = H 2 SO 4 * H 2 O (idrato di acido solforico)

NaOH + H 2 O = NaOH * H 2 O (idrossido di sodio idrato)

I composti che legano l'acqua negli idrati e negli idrati cristallini sono usati come essiccanti. Con il loro aiuto, ad esempio, il vapore acqueo viene rimosso dall'aria atmosferica umida.

6) Fotosintesi. Una speciale reazione dell'acqua: la sintesi dell'amido da parte delle piante (C 6 H 10 O 5) n e altri composti simili (carboidrati), che si verificano con il rilascio di ossigeno:

6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (sotto l'azione della luce)

7) Reazioni di idratazione in chimica oragica (L'aggiunta di acqua alle molecole di idrocarburi). Per esempio:

C 2 H 4 + H 2 O = C 2 H 5 OH

11.1. Dissoluzione fisica

Quando una sostanza entra in acqua, può:
a) sciogliere in acqua, cioè mescolarsi con essa a livello atomico-molecolare;
b) entrare in reazione chimica con l'acqua;
c) non si dissolvono e non reagiscono.
Da cosa dipende il risultato dell'interazione di una sostanza con l'acqua? Naturalmente, sulle caratteristiche della sostanza e sulle caratteristiche dell'acqua.
Partiamo dalla dissoluzione e consideriamo quali caratteristiche dell'acqua e delle sostanze che interagiscono con essa sono di maggiore importanza in questi processi.
Mettere in due provette una piccola porzione di C 10 H 8 naftalene. Versare acqua in una delle provette e nell'altra - eptano С 7 Н 16 (puoi usare benzina invece di eptano puro). Il naftalene si dissolverà in eptano, ma non in acqua. Controlliamo se il naftalene si è davvero sciolto nell'eptano o ha reagito con esso. Per fare ciò, metti alcune gocce della soluzione su un bicchiere e attendi che l'eptano evapori - sul vetro si formano cristalli lamellari incolori. Il fatto che sia naftalene si nota dal suo caratteristico odore.

Una delle differenze tra eptano e acqua è che le sue molecole sono non polari, mentre le molecole d'acqua sono polari. Inoltre, ci sono legami idrogeno tra le molecole d'acqua, ma non ci sono legami idrogeno tra le molecole di eptano.

Per dissolvere il naftalene nell'eptano, è necessario rompere i legami intermolecolari deboli tra le molecole di naftalene e i legami intermolecolari deboli tra le molecole di eptano. Dopo la dissoluzione, si formano legami intermolecolari ugualmente deboli tra le molecole di naftalene ed eptano. L'effetto termico di un tale processo è praticamente nullo.
Come si dissolve il naftalene nell'eptano? Solo a causa del fattore di entropia (il disturbo cresce nel sistema naftalene - eptano).

Per dissolvere il naftalene in acqua, è necessario, oltre ai legami deboli tra le sue molecole, rompere i legami idrogeno tra le molecole d'acqua. In questo caso, non si formano legami idrogeno tra naftalene e molecole d'acqua. Il processo risulta essere endotermico e così energeticamente sfavorevole che il fattore di entropia non è in grado di aiutare qui.
E se invece del naftalene prendiamo un'altra sostanza, le cui molecole sono in grado di formare legami idrogeno con molecole d'acqua, una tale sostanza si dissolverà nell'acqua?
Se non ci sono altri ostacoli, allora ci saranno. Ad esempio, sai che lo zucchero (saccarosio C 12 H 22 O 11) è perfettamente solubile in acqua. Guardando la formula strutturale del saccarosio, vedrai che la sua molecola contiene gruppi –O – H in grado di formare legami idrogeno con molecole d'acqua.
Assicurati sperimentalmente che il saccarosio sia leggermente solubile in eptano e cerca di spiegarti perché le proprietà del naftalene e del saccarosio differiscono così tanto.
La dissoluzione del naftalene in eptano e saccarosio in acqua si chiama dissoluzione fisica.

Solo le sostanze molecolari possono dissolversi fisicamente.

Gli altri componenti della soluzione sono chiamati soluti.

Gli schemi che abbiamo individuato si applicano anche ai casi di dissoluzione in acqua (e nella maggior parte degli altri solventi) di sostanze liquide e gassose. Se tutte le sostanze che formano la soluzione erano nello stesso stato di aggregazione prima della dissoluzione, allora la sostanza che è più grande nella soluzione è solitamente chiamata solvente. L'eccezione a questa regola è l'acqua: di solito è chiamata solvente, anche se è inferiore al soluto.
La ragione della dissoluzione fisica di una sostanza nell'acqua può essere non solo la formazione di legami idrogeno tra le molecole della sostanza disciolta e l'acqua, ma anche la formazione di altri tipi di legami intermolecolari. Ciò avviene principalmente nel caso di dissoluzione di sostanze gassose in acqua (ad esempio anidride carbonica o cloro), in cui le molecole non sono affatto legate tra loro, nonché di alcuni liquidi con legami intermolecolari molto deboli (ad esempio, bromo). Il guadagno di energia si ottiene qui a causa dell'orientamento dei dipoli (molecole d'acqua) attorno alle molecole polari o ai legami polari nel soluto e, nel caso del cloro o del bromo, è causato dalla tendenza ad attaccare gli elettroni degli atomi di cloro e bromo , che si conserva anche nelle molecole di queste semplici sostanze (per maggiori dettagli - al § 11.4).
In tutti questi casi, le sostanze sono molto meno solubili in acqua che durante la formazione di legami idrogeno.
Se rimuovi il solvente dalla soluzione (ad esempio, come hai fatto nel caso di una soluzione di naftalene in eptano), il soluto verrà rilasciato in una forma chimicamente invariata.

SOLUZIONE FISICA, SOLVENTE.
1 spiego perché l'eptano è insolubile in acqua
2. Indicare il segno dell'effetto termico della dissoluzione dell'alcol etilico (etanolo) in acqua.
3. Perché l'ammoniaca è altamente solubile in acqua e l'ossigeno scarsamente?
4. Quale sostanza è meglio solubile in acqua - ammoniaca o fosfina (PH 3)?
5. Spiegare il motivo della migliore solubilità dell'ozono nell'acqua rispetto all'ossigeno.
6. Determinare la frazione di massa del glucosio (zucchero d'uva, C 6 H 12 O 6) in una soluzione acquosa se per la sua preparazione sono stati utilizzati 120 ml di acqua e 30 g di glucosio (prendere la densità dell'acqua pari a 1 g / ml ). Qual è la concentrazione di glucosio in questa soluzione se la densità della soluzione è 1,15 g/ml?
7. Quanto zucchero (saccarosio) si può isolare da 250 g di sciroppo con una frazione in massa di acqua pari al 35%?

1. Esperimenti sulla dissoluzione di varie sostanze in vari solventi.
2. Preparazione delle soluzioni.

Nel primo paragrafo abbiamo considerato i casi di dissoluzione di sostanze in cui i legami chimici sono rimasti inalterati. Ma questo non è sempre il caso.
Mettere alcuni cristalli di cloruro di sodio in una provetta e aggiungere acqua. Dopo un po', i cristalli si dissolveranno. Quello che è successo?
Il cloruro di sodio è una sostanza non molecolare. Un cristallo di NaCl è composto da ioni Na e Cl. Quando un tale cristallo entra nell'acqua, questi ioni vi passano dentro. In questo caso, i legami ionici nel cristallo e i legami idrogeno tra le molecole d'acqua vengono rotti. Gli ioni intrappolati nell'acqua interagiscono con le molecole d'acqua. Nel caso degli ioni cloruro, questa interazione è limitata dall'attrazione elettrostatica delle molecole di acqua dipolo sull'anione e, nel caso dei cationi sodio, in natura si avvicina all'accettore-donatore. Ad ogni modo, gli ioni sono coperti guscio di idratazione(fig.11.1).

Sotto forma di equazione di reazione, questo può essere scritto come segue:

NaCl cr + ( n + m) H 2 O = + A

o abbreviato dove indice aq significa che ione idratato... Tale equazione è chiamata equazione ionica.

Puoi anche scrivere l'equazione "molecolare" di questo processo: (questo nome è stato preservato dal tempo in cui si presumeva che tutte le sostanze fossero costituite da molecole)

Gli ioni idrati sono meno attratti l'uno dall'altro e l'energia del movimento termico è sufficiente per impedire che questi ioni si attacchino insieme in un cristallo.

In pratica, la presenza di ioni in una soluzione può essere facilmente confermata studiando la conducibilità elettrica del cloruro di sodio, dell'acqua e della soluzione risultante. Sai già che i cristalli di cloruro di sodio non conducono corrente elettrica, perché sebbene contengano particelle cariche - ioni, sono "fissati" nel cristallo e non possono muoversi. L'acqua conduce molto male la corrente elettrica, perché sebbene in essa si formino ioni ossonio e ioni idrossido a causa dell'autoprotolisi, sono molto pochi. Una soluzione di cloruro di sodio, d'altra parte, conduce bene una corrente elettrica, perché contiene molti ioni e possono muoversi liberamente, anche sotto l'influenza di una tensione elettrica.
L'energia deve essere spesa per rompere i legami ionici in un cristallo e i legami idrogeno nell'acqua. Quando gli ioni sono idratati, l'energia viene rilasciata. Se il consumo di energia per rompere i legami supera l'energia rilasciata durante l'idratazione degli ioni, allora dissoluzione endotermica, e se viceversa, allora - esotermico.
Il cloruro di sodio si dissolve in acqua con effetto termico praticamente nullo, quindi la dissoluzione di questo sale avviene solo a causa di un aumento dell'entropia. Ma di solito la dissoluzione è accompagnata da un notevole rilascio di calore (Na 2 CO 3, CaCl 2, NaOH, ecc.) o dal suo assorbimento (KNO 3, NH 4 Cl, ecc.), ad esempio:

Quando l'acqua viene evaporata dalle soluzioni ottenute per dissoluzione chimica, le sostanze disciolte vengono nuovamente rilasciate da esse in una forma chimicamente invariata.

Sia con dissoluzione fisica che chimica, si forma una soluzione della sostanza che abbiamo sciolto, ad esempio una soluzione di zucchero in acqua o una soluzione di cloruro di sodio in acqua. In altre parole, il soluto può essere separato dalla soluzione rimuovendo l'acqua.

GUSCIO IDRATATO, IDRATAZIONE, DISSOLUZIONE CHIMICA.
Fate tre esempi di sostanze a voi ben note: a) solubili in acqua o che reagiscono con essa, b) insolubili in acqua e non reagiscono con essa.
2. Cos'è un solvente e cos'è una sostanza (o sostanze) disciolta nelle seguenti soluzioni: a) acqua saponata, b) aceto da tavola, c) vodka d) acido cloridrico, e) carburante per una motocicletta, f) farmacia " acqua ossigenata", g) acqua frizzante, i) "verde brillante", j) acqua di colonia?
In caso di difficoltà, consulta i tuoi genitori.
3. Elencare i metodi con cui è possibile rimuovere il solvente dalla soluzione liquida.
4. Come intendi l'espressione "chimicamente immutata" nell'ultimo paragrafo del primo paragrafo di questo capitolo? Quali cambiamenti possono verificarsi in una sostanza a seguito della sua dissoluzione e successiva separazione dalla soluzione?
5. È noto che i grassi sono insolubili in acqua, ma si dissolvono bene nella benzina. Sulla base di ciò, cosa si può dire della struttura delle molecole di grasso?
6. Annotare le equazioni della dissoluzione chimica in acqua delle seguenti sostanze ioniche:
a) nitrato d'argento, b) idrossido di calcio, c) ioduro di cesio, d) carbonato di potassio, e) nitrito di sodio, f) solfato di ammonio.
7. Annotare le equazioni di cristallizzazione delle sostanze dalle soluzioni elencate nell'attività 6, quando si rimuove l'acqua.
8. Qual è la differenza tra soluzioni ottenute per dissoluzione fisica di sostanze da soluzioni ottenute per dissoluzione chimica? Cosa hanno in comune queste soluzioni?
9. Determinare la massa di sale che deve essere sciolta in 300 ml di acqua per ottenere una soluzione con una frazione in massa di questo sale pari a 0,1. La densità dell'acqua è 1 g/ml e la densità della soluzione è 1,05 g/ml. Qual è la concentrazione di sale nella soluzione risultante se il suo peso della formula è 101 giorni?
10. Quanta acqua e nitrato di bario dovrebbero essere presi per preparare 0,5 l di una soluzione 0,1 M di questa sostanza (densità della soluzione 1,02 g / ml)?
Esperimenti sulla dissoluzione di sostanze ioniche in acqua.

Qualsiasi porzione di cloruro di sodio (o altra sostanza simile) posta in acqua si dissolverebbe sempre completamente se, oltre al processo di dissoluzione

il processo inverso non avrebbe luogo - il processo di cristallizzazione della sostanza iniziale dalla soluzione:

Nel momento in cui il cristallo viene posto nell'acqua, la velocità del processo di cristallizzazione è zero, ma all'aumentare della concentrazione di ioni nella soluzione, aumenta e ad un certo punto diventa uguale alla velocità di dissoluzione. Si instaura uno stato di equilibrio:

la soluzione risultante è detta satura.

Come tale caratteristica può essere utilizzata la frazione di massa di un soluto, la sua concentrazione o un'altra grandezza fisica che caratterizza la composizione della soluzione.
In base alla loro solubilità in un determinato solvente, tutte le sostanze sono divise in solubili, leggermente solubili e praticamente insolubili. Di solito, le sostanze praticamente insolubili sono semplicemente chiamate insolubili. Per il confine condizionale tra sostanze solubili e poco solubili, la solubilità è assunta pari a 1 g in 100 g di H 2 O ( w 1%) e per il confine condizionale tra sostanze scarsamente solubili e insolubili - solubilità pari a 0,1 g in 100 g H 2 O ( w 0,1%).
La solubilità di una sostanza dipende dalla temperatura. Poiché la solubilità è una caratteristica dell'equilibrio, il suo cambiamento con un cambiamento di temperatura avviene in piena conformità con il principio di Le Chatelier, cioè con la dissoluzione esotermica di una sostanza, la sua solubilità diminuisce all'aumentare della temperatura e con la dissoluzione endotermica aumenta.
Le soluzioni in cui, nelle stesse condizioni, il soluto è meno che saturo, sono chiamate insaturo.

SOLUZIONE SATURA; SOLUZIONE INSATURI; SOLUBILITA' DELLA SOSTANZA; Sostanze SOLUBILI, leggermente solubili e insolubili.

1. Annotare le equazioni di equilibrio nella soluzione satura - sistema precipitato per a) carbonato di potassio, b) nitrato d'argento ec) idrossido di calcio.
2. Determinare la frazione di massa del nitrato di potassio in una soluzione acquosa di questo sale saturata a 20 ° C, se durante la preparazione di tale soluzione sono stati aggiunti 100 g di nitrato di potassio a 200 g di acqua e allo stesso tempo, dopo la fine della preparazione della soluzione, 36,8 g di nitrato di potassio non si sono sciolti.
3. È possibile preparare a 20 ° C una soluzione acquosa di cromato di potassio K 2 CrO 4 con una frazione in massa di un soluto pari al 45%, se a questa temperatura non più di 63,9 g di questo sale si dissolvono in 100 g di acqua.
4. La frazione in massa di bromuro di potassio in una soluzione acquosa satura a 0 ° C è 34,5% e a 80 ° C - 48,8%. Determinare la massa di bromuro di potassio rilasciato al raffreddamento a 0 ° C 250 g di una soluzione acquosa di questo sale saturata a 80 ° C.
5. La frazione in massa di idrossido di calcio in una soluzione acquosa satura a 20 ° C è dello 0,12%. Quanti litri di soluzione di idrossido di calcio (acqua di calce) saturata a questa temperatura si possono ottenere con 100 g di idrossido di calcio? Prendi la densità della soluzione pari a 1 g / ml.
6. A 25 ° C, la frazione in massa di solfato di bario in una soluzione acquosa satura è 2,33 · 10 –2%. Determinare il volume minimo di acqua necessario per sciogliere completamente 1 g di questo sale.
preparazione di soluzioni sature.

Molte sostanze a contatto con l'acqua entrano in reazioni chimiche con essa. Come risultato di questa interazione, con un eccesso di acqua, come con la dissoluzione, si ottiene una soluzione. Ma se rimuoviamo l'acqua da questa soluzione, non otterremo la sostanza originale.

Quali prodotti si formano quando una sostanza reagisce con l'acqua? Dipende dal tipo di legame chimico nella sostanza; se i legami sono covalenti, allora sul grado di polarità di questi legami. Inoltre, anche altri fattori hanno un impatto, alcuni dei quali faremo conoscenza.

a) Composti con legame ionico

La maggior parte dei composti ionici è chimicamente solubile in acqua o insolubile. Gli idruri e gli ossidi ionici si distinguono, cioè i composti contenenti gli stessi elementi dell'acqua stessa e alcune altre sostanze. Consideriamo il comportamento degli ossidi ionici a contatto con l'acqua usando come esempio l'ossido di calcio.
L'ossido di calcio, essendo una sostanza ionica, potrebbe dissolversi chimicamente in acqua. In questo caso, gli ioni calcio e gli ioni ossido passerebbero nella soluzione. Ma un anione doppiamente caricato non è lo stato di valenza più stabile di un atomo di ossigeno (se non altro perché l'energia di affinità per il secondo elettrone è sempre negativa e il raggio dello ione ossido è relativamente piccolo). Pertanto, gli atomi di ossigeno tendono ad abbassare la loro carica formale. In presenza di acqua, questo è possibile. Gli ioni di ossido catturati sulla superficie del cristallo interagiscono con le molecole d'acqua. Questa reazione può essere rappresentata come un diagramma che mostra il suo meccanismo ( diagrammi del meccanismo).

Per una migliore comprensione di ciò che sta accadendo, dividiamo condizionatamente questo processo in fasi:
1. La molecola d'acqua si trasforma nello ione ossido dall'atomo di idrogeno (caricato in modo opposto).
2. Uno ione ossido è condiviso con un atomo di idrogeno da una coppia solitaria di elettroni; tra loro si forma un legame covalente (formato dal meccanismo donatore-accettore).
3. Ad un atomo di idrogeno in un singolo orbitale di valenza (1 S) ci sono quattro elettroni (due "vecchi" e due "nuovi"), il che contraddice il principio di Pauli. Pertanto, l'atomo di idrogeno cede una coppia di elettroni di legame (elettroni "vecchi") all'atomo di ossigeno, che fa parte della molecola d'acqua, tanto più che questa coppia di elettroni era già ampiamente spostata verso l'atomo di ossigeno. Il legame tra l'atomo di idrogeno e l'atomo di ossigeno è rotto.
4. A causa della formazione di un legame da parte del meccanismo donatore-accettore, la carica formale sull'ex ione ossido diventa uguale a -1 e; sull'atomo di ossigeno, che in precedenza faceva parte della molecola d'acqua, compare una carica, anch'essa pari a –1 e... Quindi, si formano due ioni idrossido.
5. Gli ioni calcio, ora non legati da legami ionici con ioni ossido, passano nella soluzione e si idratano:

La carica positiva degli ioni calcio è, per così dire, "sfocata" sull'intero ione idratato.
6. Gli ioni idrossido formati sono anche idratati:

In questo caso, anche la carica negativa dello ione idrossido viene "lavata via".
Equazione ionica totale della reazione dell'ossido di calcio con l'acqua
CaO cr + H 2 O Ca 2 aq+ 2OH aq .

Gli ioni calcio e gli ioni idrossido compaiono nella soluzione in un rapporto di 1: 2. Lo stesso accadrebbe se l'idrossido di calcio fosse sciolto in acqua. Infatti, evaporando l'acqua ed essiccando il residuo, possiamo ottenere da questa soluzione l'idrossido di calcio cristallino (ma non un ossido!). Pertanto, l'equazione per questa reazione è spesso scritta come segue:

CaO cr + H 2 O = Ca (OH) 2p

e chiamato " molecolare"l'equazione di questa reazione. In quelle e in altre equazioni, a volte non vengono forniti indici di lettere, il che spesso complica notevolmente la comprensione dei processi che si verificano o è semplicemente fuorviante. Allo stesso tempo, l'assenza di indici di lettere nelle equazioni è consentito, ad esempio, quando si risolvono compiti di calcolo
Oltre all'ossido di calcio, interagiscono con l'acqua anche i seguenti ossidi: Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, SrO, BaO - cioè ossidi di quei metalli che a loro volta reagiscono con l'acqua . Tutti questi ossidi sono ossidi basici. Il resto degli ossidi ionici non reagisce con l'acqua.
Gli idruri ionici, ad esempio l'idruro di sodio NaH, reagiscono esattamente allo stesso modo con l'acqua. Lo ione sodio è solo idratato, mentre lo ione idruro reagisce con una molecola d'acqua:

Di conseguenza, l'idrossido di sodio rimane nella soluzione.
L'equazione ionica di questa reazione

NaH cr + H 2 O = Na aq+ OH aq+ H 2,

e l'equazione "molecolare" è NaH cr + H 2 O = NaOH p + H 2.

b) Sostanze con un legame metallico

Ad esempio, considera l'interazione con l'acqua sodica.

Nei diagrammi, la curva a mezza freccia indica il trasferimento o il movimento di un elettrico

L'atomo di sodio tende a cedere il suo unico elettrone di valenza. Una volta in acqua, lo cede facilmente all'atomo di idrogeno della molecola d'acqua (c'è un significativo + su di esso) e si trasforma in un catione di sodio (Na). L'atomo di idrogeno, dopo aver ricevuto un elettrone, diventa neutro (Н · ) e non può più contenere una coppia di elettroni che lo collegano ad un atomo di ossigeno (ricordate il principio di Pauli). Questa coppia di elettroni va completamente all'atomo di ossigeno (nella molecola d'acqua è già stata spostata nella sua direzione, ma solo parzialmente). L'atomo di ossigeno acquisisce la carica formale A, il legame tra gli atomi di idrogeno e di ossigeno si interrompe e si forma uno ione idrossido (O – H).
Il destino delle particelle risultanti è diverso: lo ione sodio interagisce con altre molecole d'acqua e, naturalmente, si idrata

proprio come lo ione sodio, lo ione idrossido si idrata e l'atomo di idrogeno, "in attesa" della comparsa di un altro atomo di idrogeno simile, forma con esso una molecola di idrogeno 2H · = H2.
A causa della non polarità delle sue molecole, l'idrogeno è praticamente insolubile in acqua e viene rilasciato dalla soluzione sotto forma di gas. L'equazione ionica di questa reazione

2Na cr + 2H 2 O = 2Na aq+ 2OH aq+ H2

un "molecolare" -

2Na cr + 2H 2 O = 2NaOH p + H 2

Proprio come il sodio, Li, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba reagiscono violentemente con l'acqua a temperatura ambiente. Quando riscaldato, anche il Mg reagisce con esso, così come alcuni altri metalli.

c) Sostanze con legami covalenti

Delle sostanze con legami covalenti con l'acqua, solo quelle sostanze possono reagire
a) legami in cui sono fortemente polari, il che conferisce a queste sostanze una certa somiglianza con i composti ionici, o
b) che includono atomi con una tendenza molto alta ad attaccare elettroni.
Pertanto, non reagiscono con l'acqua e sono insolubili in essa (o molto leggermente solubili):
a) diamante, grafite, silicio, fosforo rosso e altre sostanze semplici non molecolari;
b) biossido di silicio, carburo di silicio e altre sostanze complesse non molecolari;
c) metano, eptano e altre sostanze molecolari con legami a bassa polarità;
d) idrogeno, zolfo, fosforo bianco e altre sostanze molecolari semplici, i cui atomi non sono molto inclini ad attaccare gli elettroni, così come l'azoto, le cui molecole sono molto forti.
Di grande importanza è l'interazione con l'acqua di ossidi molecolari, idruri e idrossidi e tra sostanze semplici - alogeni.
Considereremo come gli ossidi molecolari reagiscono con l'acqua usando l'esempio del triossido di zolfo:

La molecola d'acqua, a causa di una delle coppie solitarie di elettroni dell'atomo di ossigeno, attacca un atomo di zolfo caricato positivamente (+) e lo unisce al legame O – S, e sull'atomo di ossigeno si forma una carica formale B. Avendo ricevuto elettroni in più, l'atomo di zolfo cessa di contenere la coppia di elettroni di uno dei -legami, che viene completamente trasferita al corrispondente atomo di ossigeno, sul quale, a causa di ciò, sorge una carica formale A. Quindi la coppia solitaria di elettroni di questo ossigeno atomo è accettato da uno degli atomi di idrogeno che faceva parte della molecola d'acqua, che passa così da un atomo di ossigeno all'altro... Di conseguenza, si forma una molecola di acido solforico. Equazione di reazione:

SO3 + H2O = H2SO4.

N 2 O 5, P 4 O 10 e alcuni altri ossidi molecolari reagiscono in modo simile, ma un po' più complicato, con l'acqua. Sono tutti ossidi acidi.
N 2 O 5 + H 2 O = 2 HNO 3;
P 4 O 10 + 6 H 2 O = 4 H 3 PO 4.

In tutte queste reazioni si formano acidi che, in presenza di un eccesso di acqua, reagiscono con essa. Ma, prima di considerare il meccanismo di queste reazioni, vediamo come l'acido cloridrico, sostanza molecolare con legami covalenti fortemente polari tra gli atomi di idrogeno e cloro, reagisce con l'acqua:

Una molecola polare di acido cloridrico, una volta in acqua, è orientata come mostrato nel diagramma (si attraggono le cariche opposte dei dipoli). Il guscio elettronico sparso a causa della polarizzazione (1 S-EO) dell'atomo di idrogeno accetta la coppia solitaria sp 3 -elettroni ibridi dell'atomo di ossigeno e l'idrogeno si attacca alla molecola dell'acqua, donando completamente una coppia di elettroni all'atomo di cloro, che lega questi atomi nella molecola di acido cloridrico. Di conseguenza, un atomo di cloro viene convertito in uno ione cloruro e una molecola d'acqua viene convertita in uno ione ossonio. Equazione di reazione:

HCl g + H 2 O = H 3 O aq+ Cl aq .

A basse temperature, cloruro di ossonio cristallino (H 3 O) Cl ( T pl = -15°C).

L'interazione di HCl e H 2 O può essere immaginata in un altro modo:

cioè, come risultato del trasferimento di un protone da una molecola di acido cloridrico a una molecola d'acqua. Pertanto, questa è una reazione acido-base.
L'interazione dell'acido nitrico con l'acqua avviene in modo simile.

che può anche essere rappresentato come un trasferimento di protoni:

Gli acidi, nelle cui molecole sono presenti diversi ossidrili (gruppi OH), reagiscono con l'acqua in più fasi (per gradi). Un esempio è l'acido solforico.

Il secondo protone è diviso molto più difficile del primo, quindi la seconda fase di questo processo è reversibile. Dopo aver confrontato l'entità e la distribuzione delle cariche nella molecola di acido solforico e nello ione idrosolfato, prova a spiegare questo fenomeno da solo.
Dopo il raffreddamento, le singole sostanze possono essere isolate dalle soluzioni di acido solforico: (H 3 O) HSO 4 (t pl = 8,5 ° C) e (H 3 O) 2 SO 4 (t pl = - 40 ° C).
Gli anioni formati da molecole di acido dopo l'estrazione di uno o più protoni sono chiamati residui acidi.
Delle sostanze molecolari semplici, solo F 2, Cl 2, Br 2 e, in misura estremamente insignificante, I 2 reagiscono con l'acqua in condizioni normali. Il fluoro reagisce violentemente con l'acqua, ossidandola completamente:

2F 2 + H 2 O = 2HF + DI 2.

In questo caso si verificano anche altre reazioni.
La reazione del cloro con l'acqua è molto più importante. Avendo un'alta tendenza ad attaccare gli elettroni (l'energia molare di affinità per un elettrone di un atomo di cloro è 349 kJ / mol), gli atomi di cloro lo trattengono parzialmente nella molecola (l'energia molare di affinità per un elettrone di una molecola di cloro è 230 kJ/mol). Pertanto, dissolvendosi, le molecole di cloro vengono idratate, attirando a sé gli atomi di ossigeno delle molecole d'acqua. Su alcuni di questi atomi di ossigeno, gli atomi di cloro possono accettare una coppia solitaria di elettroni. Il resto è mostrato nello schema del meccanismo:

L'equazione complessiva per questa reazione

Cl 2 + 2H 2 O = HClO + H 3 O + Cl.

Ma la reazione è reversibile, quindi si stabilisce un equilibrio:

Cl 2 + 2H 2 O HClO + H 3 O + Cl.

La soluzione risultante è chiamata "acqua di cloro". A causa della presenza di acido ipocloroso in esso, ha forti proprietà ossidanti e viene utilizzato come sbiancante e disinfettante.
Ricordando che Cl e H 3 O si formano durante l'interazione ("dissoluzione") dell'acido cloridrico in acqua, possiamo scrivere l'equazione "molecolare":

Cl 2 + H 2 O HClO p + HCl p.

Il bromo reagisce in modo simile con l'acqua, solo l'equilibrio in questo caso è fortemente spostato a sinistra. Lo iodio praticamente non reagisce con l'acqua.

Per immaginare fino a che punto il cloro e il bromo si dissolvono fisicamente nell'acqua, e in che misura reagiscono con essa, utilizziamo le caratteristiche quantitative di solubilità ed equilibrio chimico.

La frazione molare di cloro in una soluzione acquosa saturata a 20 ° C e pressione atmosferica è 0,0018, cioè per ogni 1000 molecole d'acqua ci sono circa 2 molecole di cloro. Per confronto, in una soluzione di azoto saturata nelle stesse condizioni, la frazione molare di azoto è 0,000012, cioè una molecola di azoto rappresenta circa 100.000 molecole d'acqua. E per ottenere una soluzione di acido cloridrico satura nelle stesse condizioni, per ogni 100 molecole d'acqua, devi prendere circa 35 molecole di acido cloridrico. Quindi possiamo concludere che, sebbene il cloro sia solubile in acqua, lo è in modo insignificante. La solubilità del bromo è leggermente superiore: circa 4 molecole per 1000 molecole d'acqua.

5. Fornire le equazioni di reazione che consentono di effettuare le seguenti trasformazioni:

Durante la dissoluzione chimica delle sostanze ioniche, gli ioni che passano nella soluzione vengono idratati. Sia i cationi che gli anioni sono idratati. Di norma, i cationi idratati sono più forti degli anioni e i cationi semplici idratati sono più forti di quelli complessi. Ciò è dovuto al fatto che i cationi semplici hanno orbitali di valenza liberi che possono accettare parzialmente coppie di elettroni solitari di atomi di ossigeno che costituiscono le molecole d'acqua.
Quando si tenta di isolare il materiale di partenza da una soluzione rimuovendo l'acqua, spesso non si riesce a ottenerla. Ad esempio, se dissolviamo il solfato di rame incolore CuSO 4 in acqua, otteniamo una soluzione blu, che gli viene data da ioni di rame idrati:

Dopo l'evaporazione della soluzione (rimozione dell'acqua) e il raffreddamento, risaltano i cristalli blu con la composizione CuSO 4 5H 2 O (il punto tra le formule di solfato di rame e acqua significa che per ogni unità di formula di solfato di rame c'è il numero di molecole d'acqua indicate nella formula). Il solfato di rame originale può essere ottenuto da questo composto riscaldandolo a 250 ° C. In questo caso si verifica la reazione:

CuSO4 5H2O = CuSO4 + 5H2O.

L'indagine sulla struttura dei cristalli di CuSO 4 5H 2 O ha mostrato che nella sua unità di formula, quattro molecole d'acqua sono legate all'atomo di rame e la quinta agli ioni solfato. Pertanto, la formula di questa sostanza è SO 4 · H 2 O, ed è chiamata solfato tetraaquamato (II) monoidrato o semplicemente "solfato di rame".
Quattro molecole d'acqua legate all'atomo di rame sono il resto del guscio di idratazione dello ione Cu 2 aq, e la quinta molecola d'acqua è il resto del guscio di idratazione dello ione solfato.
Una struttura simile ha un composto SO 4 · H 2 O - monoidrato di esaquat solfato di ferro (II), o "ferro vetriolo".
Altri esempi:
Cl è esaacquacalcio cloruro;
Cl 2 - esaaquamagnesio cloruro.
Queste e sostanze simili sono chiamate idrati di cristallo, e l'acqua in essi contenuta è acqua di cristallizzazione.
Spesso la struttura dell'idrato cristallino è sconosciuta, oppure è impossibile esprimerla con formule convenzionali. In questi casi, per gli idrati cristallini vengono utilizzate le "formule punto" e i nomi semplificati sopra menzionati, ad esempio:
CuSO 4 · 5H 2 O - solfato di rame pentaidrato;
Na 2 CO 3 · 10H 2 O - carbonato di sodio decaidrato;
AlCl 3 · 6H 2 O - cloruro di alluminio esaidrato.

Quando si formano idrati cristallini dalle sostanze iniziali e dall'acqua, i legami O-H non si rompono nelle molecole d'acqua.

Se l'acqua di cristallizzazione è trattenuta nell'idrato cristallino da deboli legami intermolecolari, allora viene facilmente rimossa mediante riscaldamento:
Na 2 CO 3 10 H 2 O = Na 2 CO 3 + 10 H 2 O (a 120 ° C);
K 2 SO 3 2H 2 O = K 2 SO 3 + 2H 2 O (a 200 ° C);
CaCl 2 6H 2 O = CaCl 2 + 6H 2 O (a 250 ° C).

Se nell'idrato cristallino i legami tra le molecole d'acqua e altre particelle sono vicini a quelli chimici, allora tale idrato cristallino si disidrata (perde acqua) a una temperatura più alta, ad esempio:
Al 2 (SO 4) 3 * 18 H 2 O = Al 2 (SO 4) 3 + 18 H 2 O (a 420 ° C);
CoSO 4 7H 2 O = CoSO 4 + 7H 2 O (a 410 ° C);

o si decompone quando riscaldato per formare altre sostanze chimiche, ad esempio:
2 (FeCl 3 6H 2 O) = Fe 2 O 3 + 6HCl + 9H 2 O (sopra 250 ° C);
2 (AlCl 3 6H 2 O) = Al 2 O 3 + 6HCl + 9H 2 O (200 - 450 ° C).

Pertanto, l'interazione con l'acqua di sostanze anidre che formano idrati cristallini può essere una dissoluzione chimica o una reazione chimica.

IDRATI DI CRISTALLO
Determinare la frazione di massa dell'acqua in a) solfato di rame pentaidrato, b) idrossido di sodio diidrato, c) KAl (SO 4) 2 · 12H 2 O (allume di potassio).
2. Determinare la composizione dell'idrato di solfato di magnesio cristallino se la frazione di massa dell'acqua in esso contenuta è del 51,2%. (3) Qual è la massa d'acqua rilasciata durante la calcinazione del solfato di sodio decaidrato (Na 2 SO 4 10H 2 O) del peso di 644 g?
4. Quanto cloruro di calcio anidro si può ottenere calcinando 329 g di cloruro di calcio esaidrato?
5. Il solfato di calcio diidrato CaSO 4 2H 2 O quando riscaldato a 150 ° C perde 3/4 della sua acqua. Crea una formula per l'idrato cristallino risultante (alabastro) e annota l'equazione per la trasformazione del gesso in alabastro.
6. Determinare la massa di solfato di rame e acqua che è necessario assumere per preparare 10 kg di una soluzione al 5% di solfato di rame.
7. Determinare la frazione in massa di solfato di ferro (II) nella soluzione ottenuta miscelando 100 g di solfato ferroso (FeSO 4 7H 2 O) con 9900 g di acqua.
Ottenimento e decomposizione di idrati cristallini.

L'acqua (ossido di idrogeno) è un composto inorganico binario con la formula chimica H 2 O. Una molecola d'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, che sono collegati da un legame covalente.

Perossido di idrogeno.

Proprietà fisiche e chimiche

Le proprietà fisiche e chimiche dell'acqua sono determinate dalla struttura chimica, elettronica e spaziale delle molecole di H 2 O.

Gli atomi di H e O nella molecola di H 2 0 sono nei loro stati di ossidazione stabili, rispettivamente +1 e -2; pertanto, l'acqua non presenta spiccate proprietà ossidanti o riducenti. Nota: negli idruri metallici, l'idrogeno è nello stato di ossidazione -1.

La molecola Н 2 O ha una struttura angolare. I legami Н-O sono molto polari. Sull'atomo di O c'è una carica negativa in eccesso, sugli atomi di H - cariche positive in eccesso. Nel complesso, la molecola Н 2 O è polare, cioè dipolo. Questo spiega il fatto che l'acqua è un buon solvente per le sostanze ioniche e polari.

La presenza di cariche in eccesso sugli atomi di H e O, così come le coppie di elettroni solitari degli atomi di O, provoca la formazione di legami idrogeno tra le molecole d'acqua, a seguito della quale si combinano in associati. L'esistenza di questi associati spiega i valori anormalmente alti di mp. ecc. acqua.

Insieme alla formazione di legami idrogeno, il risultato della reciproca influenza delle molecole di H2O l'una sull'altra è la loro autoionizzazione:
in una molecola si verifica una scissione eterolitica del legame polare O-H e il protone rilasciato è attaccato all'atomo di ossigeno di un'altra molecola. Lo ione idronio risultante H 3 O + è essenzialmente uno ione idrogeno idrato H + H 2 O, pertanto l'equazione semplificata dell'autoionizzazione dell'acqua è scritta come segue:

H 2 O ↔ H + + OH -

La costante di dissociazione dell'acqua è estremamente piccola:

Ciò indica che l'acqua si dissocia molto leggermente in ioni, e quindi la concentrazione di molecole di H2O indissociate è praticamente costante:

In acqua pura [H +] = [OH -] = 10 -7 mol/l. Ciò significa che l'acqua è un elettrolita anfotero molto debole, che non mostra proprietà acide o basiche evidenti.
Tuttavia, l'acqua ha un forte effetto ionizzante sugli elettroliti disciolti in essa. Sotto l'azione dei dipoli d'acqua, i legami covalenti polari nelle molecole dei soluti vengono convertiti in ionici, gli ioni vengono idratati, i legami tra loro si indeboliscono, a seguito della quale si verifica la dissociazione elettrolitica. Per esempio:
HCl + Н 2 O - Н 3 O + + Сl -

(elettrolita forte)

(o escludendo l'idratazione: HCl → H + + Cl -)

CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (elettrolita debole)

(o CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)

Secondo la teoria degli acidi e delle basi di Brønsted-Lowry, in questi processi l'acqua presenta le proprietà di una base (accettore di protoni). Secondo la stessa teoria, l'acqua agisce come un acido (donatore di protoni) nelle reazioni, ad esempio, con ammoniaca e ammine:

NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -

CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH 3 + + OH -

Reazioni redox che coinvolgono l'acqua

I. Reazioni in cui l'acqua svolge il ruolo di agente ossidante

Queste reazioni sono possibili solo con agenti riducenti forti, in grado di ridurre gli ioni idrogeno che fanno parte delle molecole d'acqua a liberare idrogeno.

1) Interazione con i metalli

a) In condizioni normali, H 2 O interagisce solo con il gap. e shch.-zem. metalli:

2Na + 2Н + 2 О = 2NaOH + H 0 2

Ca + 2Н + 2 О = Ca (OH) 2 + H 0 2

b) Ad alte temperature, H 2 O reagisce con alcuni altri metalli, ad esempio:

Mg + 2Н + 2 О = Mg (OH) 2 + H 0 2

3Fe + 4Н + 2 О = Fe 2 O 4 + 4H 0 2

c) Al e Zn spostano Н 2 dall'acqua in presenza di alcali:

2Al + 6Н + 2 О + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2

2) Interazione con non metalli a basso EO (le reazioni si verificano in condizioni difficili)

C + H + 2 O = CO + H 0 2 ("gas acqua")

2P + 6H + 2 O = 2HPO 3 + 5H 0 2

In presenza di alcali, il silicio sposta l'idrogeno dall'acqua:

Si + H + 2 O + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 0 2

3) Interazione con idruri metallici

NaH + H + 2 O = NaOH + H 0 2

CaH 2 + 2H + 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 0 2

4) Interazione con monossido di carbonio e metano

CO + H + 2 O = CO 2 + H 0 2

2CH 4 + O 2 + 2H + 2 O = 2CO 2 + 6H 0 2

Le reazioni sono usate industrialmente per produrre idrogeno.

II. Reazioni in cui l'acqua svolge il ruolo di agente riducente

Queste reazioni sono possibili solo con ossidanti molto forti, capaci di ossidare l'ossigeno CO CO 2, che fa parte dell'acqua, ad ossigeno libero O 2 o ad anioni perossido 2-. In un caso eccezionale (nella reazione con F 2) si forma ossigeno con c o. +2.

1) Interazione con fluoro

2F 2 + 2H 2 O -2 = O 0 2 + 4HF

2F 2 + H 2 O -2 = O +2 F 2 + 2HF

2) Interazione con l'ossigeno atomico

H 2 O -2 + O = H 2 O - 2

3) Interazione con il cloro

Ad alta T, si verifica una reazione reversibile

2Cl 2 + 2H 2 O -2 = O 0 2 + 4HCl

III. Reazioni di ossidazione intramolecolare - riduzione dell'acqua.

Sotto l'azione di una corrente elettrica o di una temperatura elevata, l'acqua può decomporsi in idrogeno e ossigeno:

2H + 2 O -2 = 2H 0 2 + O 0 2

La decomposizione termica è un processo reversibile; il grado di decomposizione termica dell'acqua è basso.

Reazioni di idratazione

I. Idratazione degli ioni. Gli ioni formati durante la dissociazione degli elettroliti in soluzioni acquose attaccano un certo numero di molecole d'acqua ed esistono sotto forma di ioni idrati. Alcuni ioni formano legami così forti con le molecole d'acqua che i loro idrati possono esistere non solo in soluzione, ma anche allo stato solido. Questo spiega la formazione di idrati cristallini come CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7H 2 O, ecc., nonché complessi acquatici: CI 3, Br 4, ecc.

II. Idratazione degli ossidi

III. Idratazione di composti organici contenenti legami multipli

Reazioni di idrolisi

I. Idrolisi dei sali

Idrolisi reversibile:

a) per catione sale

Fe 3+ + H 2 O = FeOH 2+ + H +; (mezzo acido. pH

b) per anione sale

CO 3 2 - + H 2 O = HCO 3 - + OH -; (mezzo alcalino. pH> 7)

c) per catione e per anione sale

NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O = NH 4 OH + CH 3 COOH (medio vicino al neutro)

Idrolisi irreversibile:

Al 2 S 3 + 6 H 2 O = 2 l (OH) 3 + 3 H 2 S

II. Idrolisi dei carburi metallici

Al 4 C 3 + 12Н 2 O = 4Аl (OH) 3 ↓ + 3CH 4 netano

CaC 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2 acetilene

III. Idrolisi di siliciuri, nitruri, fosfuri

Mg 2 Si + 4H 2 O = 2Mg (OH) 2 + SiH 4 silano

Ca 3 N 2 + 6Н 2 O = ЗСа (ОН) 2 + 2NH 3 ammoniaca

Cu 3 P 2 + 6Н 2 O = ЗСu (ОН) 2 + 2РН 3 fosfina

IV. Idrolisi degli alogeni

Cl2 + H2O = HCl + HClO

Br2 + H2O = HBr + HBrO

V. Idrolisi di composti organici

ACQUA

Una molecola d'acqua è costituita da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno attaccati ad esso con un angolo di 104,5°.

Proprietà fisiche

ACQUA, GHIACCIO E VAPORE,rispettivamente, gli stati liquido, solido e gassoso di un composto chimico di formula molecolare H 2 O.

A causa della forte attrazione tra le molecole, l'acqua ha un alto punto di fusione (0C) e punto di ebollizione (100C). Uno spesso strato d'acqua è blu, dovuto non solo alle sue proprietà fisiche, ma anche alla presenza di particelle sospese di impurità. L'acqua dei fiumi di montagna è verdastra a causa delle particelle sospese di carbonato di calcio in essa contenute. L'acqua pulita è un cattivo conduttore di elettricità. La densità dell'acqua è massima a 4C, è pari a 1 g / cm 3. Il ghiaccio ha una densità inferiore rispetto all'acqua liquida e galleggia sulla sua superficie, il che è molto importante per gli abitanti dei bacini idrici in inverno.

L'acqua ha una capacità termica estremamente elevata, quindi si riscalda e si raffredda lentamente. Grazie a ciò, le piscine d'acqua regolano la temperatura del nostro pianeta.

Proprietà chimiche dell'acqua

L'acqua è una sostanza altamente reattiva. In condizioni normali, interagisce con molti ossidi basici e acidi, nonché con metalli alcalini e alcalino terrosi. L'acqua forma numerosi composti: idrati cristallini.

Sotto l'azione di una corrente elettrica, l'acqua si decompone in idrogeno e ossigeno:

2 H 2 O elettricità= 2 H 2 + O 2

Video "Elettrolisi dell'acqua"

Mg + 2H 2 O = Mg (OH) 2 + H 2

• Il berillio con l'acqua forma un ossido anfotero: Be + H 2 O = BeO + H 2

1. I metalli attivi sono:

Li, N / A, K, Rb, Cs, FR- 1 girone "A"

Circa, Sr, Ba, RA- 2 gironi "A"

2. Una serie di attività metal

3. L'alcali è una base idrosolubile, una sostanza complessa che contiene un metallo attivo e un gruppo ossidrile OH ( io).

4. I metalli di media attività nella serie delle tensioni provengono da MgprimaPb(alluminio in posizione speciale)

Video "Interazione del sodio con l'acqua"

Ricordare !!!

L'alluminio reagisce con l'acqua come i metalli attivi per formare una base:

2Al + 6H 2 oh = 2Al( OH) 3 + 3H 2

Usando un campione, annota le equazioni della reazione di interazione:

INSIEME AO2 + H2O =

SO3 + H2O =

Cl2O7 + H2O =

P2O5 + H2O (piccante) =

N 2 O 5 + H 2 O =

I derivati ​​più importanti dell'ossigeno sono i suoi composti con idrogeno - acqua Н2О e Н2О2.
Consideriamo entrambi i composti e prima di tutto il più comune di essi: l'acqua.

La struttura della molecola d'acqua e la natura polare del legame tra idrogeno e atomi di ossigeno sono state discusse in. l'acqua è 18. Allo stato gassoso (sotto forma di vapore), l'acqua è più leggera dell'aria, la cui media è 29. Tuttavia, in condizioni normali, l'acqua è un liquido che ha una densità molto più elevata. Ciò è dovuto al fatto che le molecole d'acqua sono combinate (associate) tra loro da un ulteriore tipo speciale di legame: il legame idrogeno.

Il legame idrogeno è così chiamato perché richiede necessariamente la presenza di uno ione idrogeno. In una molecola d'acqua, dove le comuni coppie di elettroni sono fortemente spostate verso l'ossigeno, gli atomi di idrogeno sono praticamente privi di elettroni e rappresentano un nucleo nudo. Tale nucleo (per l'idrogeno, questo è un protone) è attratto dai gusci di elettroni degli atomi di ossigeno delle molecole vicine e si forma un legame tra le molecole. A differenza di altri tipi di legami chimici, indicati da trattini nelle formule strutturali, i legami idrogeno sono indicati da una linea tratteggiata

Un legame idrogeno è diverso da un legame chimico. È molto più debole di quest'ultimo. Tuttavia, il legame idrogeno non può essere considerato semplicemente un legame intermolecolare, è molto più forte.
Un legame idrogeno può sorgere non solo tra le molecole d'acqua. Si trova spesso nella materia organica.

■ 30. Spiegare il meccanismo di formazione del legame idrogeno.
31. Elenca i tipi di legami chimici a te noti.
32. Su che tipo di legame chimico è costruita la molecola d'acqua?
33. Qual è la ragione dell'associazione della molecola d'acqua?

Secondo le sue proprietà fisiche, l'acqua è un liquido che non ha colore, sapore o odore.
L'acqua ha la densità più alta (1 g/cm3) a 4°. Man mano che la temperatura sale e scende, la densità dell'acqua diminuisce (quindi il ghiaccio galleggia sull'acqua). Il punto di fusione del ghiaccio 0° e il punto di ebollizione dell'acqua 100° sono i punti principali della scala della temperatura centigrada. L'acqua è un ottimo solvente per liquidi, gas e solidi. L'acqua conduce l'elettricità molto male. La capacità termica specifica dell'acqua è la massimail più grande tra tutti i solidi e liquidi.

Acqua nella natura

L'acqua è molto diffusa in natura. Circa 3/4 della superficie terrestre è occupata dall'acqua. Questi sono oceani, mari, acque dolci che scorrono in superficie, laghi, dolci e salati, ghiacciai, acque sotterranee, vapore acqueo; costantemente presente nell'atmosfera in quantità maggiori o minori, così come l'acqua di cristallizzazione, che fa parte degli idrati cristallini.

Poiché l'acqua è un buon solvente, le acque naturali contengono sempre una varietà di sostanze disciolte. L'acqua di mare contiene allo stato disciolto molti sali diversi, tra cui NaCl, solfato di magnesio MgSO4, ecc., che le conferiscono un amaro salato. Le acque sotterranee che scorrono attraverso le rocce dissolvono varie e queste soluzioni che emergono in superficie sono chiamate sorgenti minerali.

Ci sono soprattutto molte sorgenti minerali nel Caucaso. Dall'acqua delle fonti di anidride carbonica migliorano e. L'anidride carbonica si dissolve sotto pressione in queste acque. Le acque sulfuree di Matsesta e Pyatigorsk sono fredde e calde, contengono e. I bagni di idrogeno solforato abbassano la pressione sanguigna e migliorano la funzione cardiaca. Le acque ferrose di Zheleznovodsk e Lipetsk sono raccomandate per la somministrazione orale con anemia. Le acque di calce di Kislovodsk sono utilizzate per le malattie renali, Le acque delle sorgenti calde di Transbaikalia e Turkestan sono utilizzate nella loro forma naturale per bagni con debolezza generale del corpo, malattie nervose, malattie della pelle, ecc.

Se le acque sotterranee si trovano vicino ai centri di attività vulcanica, l'acqua esce calda in superficie sotto forma di cosiddetti geyser. Si ritiene che ci sia un'enorme quantità di acqua calda nelle profondità della crosta terrestre. Può essere utilizzato come fonte di energia termica molto economica.

La vita sulla terra è iniziata con l'acqua, che ora sappiamo essere l'ambiente per la vita degli organismi acquatici, ma esso; assolutamente necessario per tutti gli organismi viventi che non possono esistere senza acqua. Il protoplasma di qualsiasi cellula è una soluzione colloidale di proteine ​​in acqua. Il corpo umano contiene il 65% di acqua. Se il corpo umano perde il 20% di acqua, i cambiamenti nelle cellule diventano irreversibili e la persona muore. Una persona può vivere senza cibo per 30-40 giorni e senza acqua, non più di 7 giorni. La vita delle piante è impossibile anche senza acqua. L'acqua per le piante verdi è un componente necessario per la fotosintesi.

■ 34. In quali condizioni e dove si trova l'acqua in natura? Scrivilo su un quaderno.

35. Cosa sono le sorgenti minerali, la composizione della loro acqua, qual è l'uso in medicina?

Proprietà chimiche dell'acqua

L'acqua è un ossido indifferente. L'acqua è un elettrolita estremamente debole, che si dissocia secondo il seguente schema:
H2O ⇄ H + + OH -
Alcuni dei più attivi (Na, K, Ca, Ba, Al) possono spostarsi dall'acqua:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
2Na + 2Н + + 2OH - = 2Na + + 2OH - + H2
2Na + 2H + = 2Na + + H2
L'acqua rovente si decompone con il rilascio di idrogeno e la formazione di incrostazioni:
3Fe + 4H2O = Fe3O5 + 4H2

vapore surriscaldato

Gli elementi con proprietà più forti di quelle ossidanti, ad esempio, vengono spostati dall'acqua:
Cl 0 2 + H2O -2 = 2HCl -1 +
Cl 0 2 + 2 e- → 2Сl -1
O -2 - 2 e- → O 0
Il carbone caldo decompone l'acqua per formare gas d'acqua, che è fondamentalmente una miscela di idrogeno e monossido di carbonio
C + H2O = CO + H2
L'acqua può reagire con ossidi basici e acidi, formando basi e acidi, d Il rilascio di calore in seguito alla dissoluzione di alcali caustici e acido solforico nell'acqua è spiegato anche dalle reazioni chimiche di addizione dell'acqua che si verificano tra l'acqua e queste sostanze.

L'acqua può reagire con i sali per formare idrati cristallini. Ad esempio, il solfato di rame, che ha un colore blu, è il prodotto della combinazione di solfato di rame bianco con acqua secondo l'equazione:
CuSO4 + 5H2O = СuSO4 = 5H2O + Q

L'acqua è chimicamente molto stabile, ma può decomporsi se esposta alla corrente elettrica.

L'acqua entra attivamente nelle reazioni di idrolisi con sostanze inorganiche e organiche complesse.

■ 36. Perché l'acqua è classificata come un ossido indifferente?
37. L'espressione "il sodio si dissolve nell'acqua" è corretta?
38. Scrivi le equazioni di reazione per l'interazione con l'acqua di ossidi basici e acidi. Con quale di loro l'acqua non reagisce?
39. Per quale scopo l'acqua viene sottoposta a elettrolisi?
40. L'acqua reagisce con i sali per formare idrati cristallini. Scrivi l'equazione di reazione per la formazione dell'idrato cristallino. Quale altro tipo di interazione è possibile tra acqua e sali?
41. In un recipiente con 200 g di acqua sono stati posti 9,2 g di sodio. Quale sostanza si è formata in questo caso? è solubile? Se è solubile, qual è la sua percentuale nella soluzione risultante?
42. A 50 g di acido solforico al 30% sono stati aggiunti 5 g di anidride solforica. Qual è la concentrazione di acido solforico?
43. Tra quelli elencati nelle proprietà dell'acqua, indicare quelli che possono essere utilizzati per ottenere idrogeno.
44. Quale volume di idrogeno può essere ottenuto dall'interazione di 5 kg di ferro con vapore surriscaldato, se arriva il 10% del peso del ferro viene ridotto in scala e si perde il 20% dell'idrogeno prodotto?
45. Quanto ossido di rame può essere ridotto dall'idrogeno ottenuto nel problema precedente?

L'acqua che fa parte dei cristalli è chiamata acqua di cristallizzazione. È legato chimicamente a una sostanza e conferisce al cristallo le proprietà appropriate. Ad esempio, il kynopoc di rame, CuSO4 · 5H2O sotto forma di idrato cristallino con cinque molecole d'acqua ha un colore blu brillante, che perde all'accensione a causa della rimozione dell'acqua di cristallizzazione (Fig. 45). Il CaSО4 · 2H2О naturale, a basso riscaldamento, separa una molecola d'acqua, trasformandosi in un composto di composizione 2CaSО4 · H2O, detto gesso emiidrato. Questo ha la capacità di "afferrare", cioè mescolato con acqua, attacca a sé la molecola d'acqua mancante e si solidifica, formando CaSO4 · 2H2O diidro:
2CaSО4 H2O + 3H2O = 2 (CaSO4 2H2O)
Questa reazione ha trovato ampia applicazione in medicina durante l'applicazione di calchi in gesso.
Tuttavia, se il gesso viene calcinato fino alla completa rimozione dell'acqua
CaSO4 2H2O2 = CaSO4 + 2H2O

allora la reazione diventa irreversibile e l'acqua non si aggiunge più al solfato di calcio.
Gli idrati cristallini sono composti chimici del sale con l'acqua. Sono indicati come composti complessi. Ci sono molti più idrati cristallini, ad esempio il sale di Glauber
Na2SО4 · 10H2O, ferro vetriolo FeSО4 · 7H2O, ecc.

■ 46. ​​​​Quanta acqua e idrato cristallino Na2SO4 · 10H2O dovrebbero essere presi per preparare 200 g di soluzione di solfato di sodio al 3%?
47. In laboratorio, l'alcol anidro viene utilizzato per assolvere l'alcol, con il quale l'alcol viene fatto bollire fino a quando non acquisisce un colore blu. Che tipo di reazione si verifica quando questo accade? Di quanto aumenterà il peso di 25 g di solfato di rame se assumiamo che il 75% del solfato si sia trasformato in solfato di rame?
Quale percentuale di acqua era contenuta nell'alcool, se si sottoponevano all'assoluzione 150 g di alcol?
48.20 un FeSO4 · 7H2O è stato sciolto in 180 g di acqua. Qual è la concentrazione della soluzione risultante?
49. Che cos'è il gesso a due acque, gesso semi-acquoso? Quali sono i loro usi in medicina?
50. Quale acqua si chiama acqua di cristallizzazione?

Metodi per purificare le acque naturali

L'acqua naturale non sempre soddisfa tutti i requisiti che l'uomo le impone. Pertanto, l'acqua viene trattata in modo diverso per scopi diversi.
L'acqua potabile deve essere frequente, limpida, inodore e priva di batteri patogeni. L'acqua naturale destinata ad essere potabile entra negli impianti di trattamento delle acque del sistema idrico cittadino, dove l'oka passa attraverso un sistema di impianti di trattamento (Fig. 46). In primo luogo, passa attraverso filtri metallici per

pulizia dalle impurità meccaniche, entra poi nelle vasche di sedimentazione, dove le piccole particelle inquinanti si depositano gradualmente. Per accelerare la loro sedimentazione, alle vasche di sedimentazione viene solitamente aggiunto un coagulante, una sostanza che fa coagulare e depositare sospensioni e particelle colloidali. Il cloruro di alluminio AlCl3 o il solfato di alluminio Al2 (SO4) 3 viene utilizzato come coagulante.

Riso. 46. Sistema di trattamento delle acque reflue di un impianto di trattamento delle acque. 1-filtro; 2-vasca di decantazione; 3-miscelatori; 4 - pompaggio; 5 - assunzione di acqua; 6 - clorazione; 7 - sedimento; 8 - aggiunta di allume.

Dopo la sedimentazione, l'acqua viene filtrata attraverso filtri di sabbia, carbone osseo e tessuto, dopo di che rimangono sali solubili e microrganismi, tra cui possono esserci batteri patogeni. Per distruggerli, viene aggiunta all'acqua un po' di acqua di cloro in una quantità che uccide i batteri, ma è innocua per l'uomo. Successivamente, l'acqua entra nei cosiddetti serbatoi di acqua pura, dove viene conservata per qualche tempo affinché il cloro si manifesti completamente. L'acqua purificata viene fornita ai consumatori attraverso il sistema di approvvigionamento idrico.

Nelle zone rurali, l'acqua di solito non passa attraverso un sistema di trattamento così complesso, ma viene prelevata direttamente da pozzi o altri corpi idrici naturali. Tale acqua deve essere bollita e, in caso di gravi malattie gastrointestinali, deve essere aggiunta una piccola quantità di soluzione di candeggina.

Riso. 47.
1- Pallone da Wurtz con acqua; Frigorifero Liebig 2-acqua: 3 - lungo; 4- recipiente per acqua distillata; 5 - termometro.

L'acqua distillata viene utilizzata nei laboratori chimici e in medicina. Per eliminare completamente i sali, l'acqua viene distillata nei cosiddetti alambicchi di distillazione. Il principio della distillazione dell'acqua può essere osservato in un allestimento di laboratorio (Fig. 47). L'acqua bolle in un pallone. Il vapore risultante attraverso il tubo di uscita del gas entra nel refrigeratore d'acqua Liebig 2, dove il vapore si condensa e scorre attraverso lo scarico 3 nel recipiente di ricezione 4. L'acqua risultante è chiamata distillata. È completamente privo di sale e dannoso da bere. Il distillatore funziona allo stesso modo (fig. 48).

■ 51. Che cos'è la distillazione e per quali scopi viene utilizzata l'acqua distillata? 52. Quali sono i requisiti per l'acqua potabile? 53. Come si può purificare l'acqua: a) dalle impurità meccaniche; b) da sali disciolti; c) da particelle colloidali?

§ 54. Perossido di idrogeno

- un ossido più ricco di ossigeno rispetto all'acqua. La formula del perossido è H2O2, ma ciò non significa che sia monovalente in questo composto. In una molecola di perossido di idrogeno, c'è una coppia di elettroni comune tra due atomi di ossigeno. Gli atomi di ossigeno collegati in questo modo sono contenuti non solo nel perossido di idrogeno, ma anche in qualsiasi altro perossido e sono chiamati "catena del perossido"

La presenza di una catena di perossido rende la molecola instabile. Infatti, sotto le influenze più insignificanti - stoccaggio in una stanza illuminata, riscaldamento, azione del catalizzatore MnO2 - il perossido di idrogeno si decompone, trasformandosi in acqua, con il rilascio di ossigeno
2H2O2 = 2H2O + O2
Questa reazione può essere accompagnata da un'esplosione.
Una soluzione di perossido di idrogeno al 30% è chiamata peridrolo.

Può causare gravi ustioni se viene a contatto con la pelle. Net ha una densità di 1,46 g/s3 e un punto di congelamento di -1,7°. Una soluzione di perossido di idrogeno ha una reazione acida, il che dà motivo di considerarla come un diacido molto debole.
Alcuni perossidi metallici come Na2O2; ВаО2, può essere considerato non solo come, ma anche come una sorta di sale di perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno può essere ottenuto da questi composti mediante l'azione di un acido più forte:
аО2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

Il comportamento del perossido di idrogeno nelle reazioni redox è discusso nel § 32. Quando interagisce con sostanze organiche, il perossido di idrogeno si comporta come. Il perossido di idrogeno anidro provoca ustioni e combustione spontanea di materiali combustibili. Con le ustioni da perossido di idrogeno, sulla pelle appare una caratteristica macchia bianca "e quindi può formarsi un'ulcera. Una misura di primo soccorso, come per le ustioni da acido, consiste nel risciacquare abbondantemente con acqua.

Il perossido di idrogeno viene utilizzato come disinfettante in medicina per il risciacquo, il risciacquo e come agente emostatico sotto forma di una soluzione al 3%. Inoltre, viene utilizzato per decolorare capelli, lana, seta, corna, ecc. Il perossido di idrogeno viene anche utilizzato per ripristinare dipinti dipinti con calce bianca, che si scuriscono gradualmente nell'aria, poiché sotto l'azione dell'idrogeno solforato dell'aria, il solfuro di piombo nero è formato nella vernice... Il perossido di idrogeno ossida il solfuro di piombo in solfato secondo il seguente schema:
PbS + H2O2 → PbSO4 + H2O
Tali immagini vengono cancellate con una soluzione debole di perossido di idrogeno.
Conservare il perossido di idrogeno in flaconi di vetro scuro in una stanza fresca, al buio per rallentare il decadimento in corso.

■ 54. Fornire esempi di reazioni in cui il perossido di idrogeno mostrerebbe le proprietà di un agente ossidante.

55, Fornire esempi di reazioni in cui il perossido di idrogeno mostrerebbe le proprietà di un agente riducente.

56. Dove e come deve essere conservato il perossido di idrogeno nei laboratori? Come mai?
57. Quali sono le misure di primo soccorso per le ustioni con perossido di idrogeno?

58. In presenza di biossido di manganese, l'ossigeno può essere ottenuto dal perossido di idrogeno. Disegna un dispositivo in grado di utilizzare questo processo.

59. Quanti grammi di perossido di bario sono necessari per ottenere 5 moli di perossido di idrogeno puro?
60. Il perossido di idrogeno si dissocia come acidi. Scrivi l'equazione per la dissociazione in due fasi di questo acido.

61. Dove e come viene utilizzato il perossido di idrogeno e in che modo è correlato alle sue proprietà?

Aria

Il nostro pianeta è circondato dall'aria, necessaria per respirare per tutte le creature che vivono sulla terra. Una persona passa attraverso i suoi polmoni circa 13.000 litri di aria al giorno.
Il guscio d'aria della terra è chiamato atmosfera (dalle parole "atmos" - aria, "sefira" - una palla). L'aria contiene il 78% (in volume) di azoto, il 21% di ossigeno, lo 0,96%

Gas inerti, principalmente argon e neon, nonché elio, krypton e xeno, 0,03-0,04% di anidride carbonica e 0,01% di idrogeno. La composizione dell'aria è mostrata in Fig. 49. L'aria media è 29 cu. e.
Inoltre, la composizione dell'atmosfera comprende impurità accidentali, nonché componenti variabili: vapore acqueo, azoto, ozono, nonché polvere e inquinamento atmosferico locale che a volte si verificano durante il lavoro intensivo delle imprese in una determinata area, nonché durante l'operazione di trasporto.

La quantità di polvere nell'aria può essere molto elevata, soprattutto nelle grandi città. La polvere disturba la trasparenza dell'aria e contribuisce alla formazione di nebbie, poiché le gocce d'acqua si condensano sulle particelle di polvere. Vari microrganismi possono essere nell'aria. Tra questi potrebbero esserci quelli che causano malattie. Quindi, è chiaro quanto sia importante la purificazione dell'aria nelle città, quanto sia importante garantire che l'aria non inquini Imprese industriali e trasporti.
Per pulire l'aria all'interno dei locali vengono utilizzati speciali dispositivi di condizionamento: viene filtrata, umidificata allo stato desiderato, rimossa da polvere e batteri e mantenuta alla temperatura più favorevole.
1 m3 di aria a 0° pesa 1.293 kg, con l'aumentare dell'altitudine la densità dell'aria diminuisce. A -193 °, l'aria si trasforma in uno stato liquido. Poiché l'aria è una miscela di gas con diversi punti di ebollizione, può essere suddivisa nelle sue parti costitutive in base ai punti di ebollizione o, come si suol dire, sottoposta a distillazione frazionata.

Ampiamente utilizzata è l'energia dell'aria compressa, che si ottiene aumentando la pressione dell'aria atmosferica mediante compressori. Quando l'aria compressa viene insufflata nell'altoforno, l'apporto di ossigeno aumenta e la combustione diventa più intensa.
L'aria liquida è un liquido torbido bluastro. L'ossigeno liquido gli conferisce un colore blu e può essere torbido perché alla temperatura dell'aria liquida, l'anidride carbonica diventa solida. Se viene filtrato, l'aria sarà trasparente.
Sotto l'influenza della bassa temperatura dell'aria liquida, alcuni corpi acquisiscono proprietà speciali e completamente nuove. Ad esempio, acquista l'elasticità dell'acciaio, diventa così duro che è possibile martellare i chiodi con un martello fatto di esso, la gomma diventa fragile, come, e si rompe all'impatto. Molti alla temperatura dell'aria liquida acquisiscono le proprietà della superconduttività. Se una corrente elettrica viene eccitata in un anello metallico, il galvanometro ad esso collegato mostrerà la presenza di una corrente elettrica per un tempo molto lungo.

È interessante notare che la maggior parte dei batteri nell'aria liquida non muore, ma si immerge in uno stato di animazione sospesa.
Se un materiale combustibile è impregnato di aria liquida, che non si accende o brucia molto debolmente nell'aria normale, ad esempio segatura o polvere di carbone, quando vengono accesi, si bruciano istantaneamente con il rilascio di una grande quantità di gas, quindi, l'aria liquida è ampiamente utilizzata nelle operazioni di sabbiatura. Per questo, le cartucce di cartone vengono riempite di segatura, poste in camere di esplosione, impregnate di aria liquida e date alle fiamme. Si verifica una violenta esplosione. Se l'esplosione non si è verificata, dopo un po 'l'aria dalla cartuccia evapora e diventa di nuovo sicura, a differenza di qualsiasi altro esplosivo.

L'aria liquida è ottenuta ad alta pressione e bassa temperatura.
L'aria compressa viene utilizzata nei dispositivi pneumatici e in varie apparecchiature pneumatiche, nonché nei lavori di cassone. Il cassone è un'enorme scatola di cemento ermetica e impermeabile, all'interno della quale possono stare più persone. Da un lato il cassone è aperto. Viene abbassato con il lato aperto nell'acqua fino in fondo, rinforzato con un carico in modo che non galleggi e l'acqua viene espulsa da esso con aria compressa. Per spostare l'acqua, la pressione dell'aria nel cassone viene portata a 4 atm. A questa pressione, l'aria si dissolve in grandi quantità nel sangue. Con una forte diminuzione della pressione, ad esempio, quando sale in superficie, il suo eccesso lascia rapidamente il sangue sotto forma di bolle, che possono ostruire i vasi sanguigni e persino raggiungere il cuore. Nei casi più gravi, questa cosiddetta malattia da decompressione può essere fatale. Pertanto, la salita dal cassone viene effettuata gradualmente in modo che l'aria disciolta fuoriesca in piccole porzioni.