Окончание Лекции № 3

Вода h2o

Вода – наиболее распространенная в природе жидкость. Поверхность Земли на 80 % покрыта водой. Жизнь зародилась в водной среде, и вода входит в состав всех живых существ, а также содержится в минералах, горных породах, почве и атмосфере. Вода является средой для протекания многих химических реакций.

Строение молекулы воды

Атом кислорода находится в sp³-гибридном состоянии и имеет форму тетраэдра (рис. г). Электроны атомов водорода смещены в сторону более электроотрицательного атома кислорода, поэтому в молекуле воды существует разделение зарядов. То есть молекула воды является диполем: неподеленные электронные пары кислорода создают отрицательный полюс, а атомы водорода – положительный (рис. б).

Каждая молекула воды образует по 2 водородные связи:

Эти связи полностью разрушаются только в парообразном состоянии.

Физические свойства воды

Вода – бесцветная жидкость без вкуса и запаха. t_пл = 0 °C, t_кип = 100 °С. Плотность 1 г/см³ (при 4 °С).

Аномалии воды

1. При обычных условиях вода – жидкость

Вода может находиться в жидком и даже в твердом состоянии (лед) в условиях, в которых похожие соединения водорода с более тяжелыми элементами (серой, селеном и т.д.) газообразны:

Сравнение водородных соединений по периоду	CH4	NH3	H2O	HF
Температура кипения, °С	-164	-33	+100	+20
Агрегатное состояние	газ	газ	жидкость	газ

Сравнение водородных соединений по группе	H2O	H2S	H2Se	H2Te
Температура кипения, °С	+100	-60,4	-41,4	-2
Агрегатное состояние	жидкость	газ	газ	газ

Это объясняется наличием большого числа водородных связей в воде.

Аммиак NH₃ и фтороводород HF также образуют водородные связи:

Точками обозначены неподеленные электронные пары, пунктиром обозначены водородные связи, δ- и δ+ – частично отрицательный и частично положительный заряды

Однако только у воды число неподеленных пар у электроотрицательного атома равно числу протонов , поэтому только молекулы воды образуют наиболее упорядоченную тетраэдрическую структуру.

2. При кристаллизации плотность воды понижается

Это объясняется тетраэдрической структурой льда, в которой расстояния между молекулами гораздо больше самих молекул, поэтому плотность льда меньше, чем у жидкой воды:

При плавлении льда часть (10‑15 %) водородных связей разрушается. Свободные пустоты заполняются молекулами воды, и плотность повышается. Максимальную плотность вода имеет при температуре +4 °С.

Аномалия плотности имеет огромное значение в жизни водоемов. Лед, имея меньшую плотность, всплывает на поверхность, а в на глубине сохраняется температура +4 °С. Если бы было наоборот, водоемы промерзали бы до дна. Энергии Солнца тогда не хватило бы, чтобы растопить всю замерзшую воду.