Химические свойства. Автопротолиз. Аквакомплексы.

 

Вода(оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки, лёд на полюсах).

 

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

 

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

 

Вода обладает рядом необычных особенностей:

 

При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см?). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг [1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.

Высокая теплоёмкость жидкой воды.

Высокая вязкость.

Высокое поверхностное натяжение.

Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

 

По состоянию различают:

Твёрдое — лёд

Жидкое — вода

Газообразное — водяной пар

 

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды: Лёгкая вода (просто вода), Тяжёлая вода (дейтериевая) и Сверхтяжёлая вода(тритиевая).

 

Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa? ок. 16.

 

Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

 

Аквакомплексы, координац. соед., содержащие в кач-ве лигандов одну или неск. молекул воды. Последняя связана с центр, атомом металла через атом кислорода. Различают А. катионного типа (напр., [Со(Н2О)6]С12), анионного (напр., К[Сг(Н2О)2(ОН)4]) и комплексы-неэлектролиты (напр., [PtCl4(H20)2]).

 

А. во мн. случаях легко образуются в водных р-рах из др. координац. соед. в результате внутрисферного замещения, гидратации катионов, а также присоединения молекул Н2О. В последнем случае координац. число центр. атома может повыситься, напр. в результате присоединения к анионам [АиС14]- или [PtCl4]- двух молекул воды.

 

В лабильных А. аквагруппы вступают в р-ции обмена с высокой скоростью. Так, время практически полного изотопного обмена Н2О на 18Н2О в [А1(Н2О)6]3+, [Fe(H2O)6]3+ и др. составляет при 25°С ок. 1 мин. Для стабильных А., напр. [Сг(Н2О)6]С13, время полупревращения при изотопном обмене - ок. 40 ч при 25°С.

 

А. обладают кислотными св-вами, напр.: [А1(Н20)6]3+[А1(Н20)5ОН]2+ + Н +

 

Для [Rh(NH3)5H2O]3+ pK кислотной диссоциации 5,86, для [Со(NН3)Н2O]3+ -5,69, для [Pt(NH3)5H2O]4+ -4,00.

 

Водородная связь – межмолекулярная связь, образованная за счет частичного акцептирования неподеленной пары электронов атома не связанным с ним химической связью атомом водорода.

Автопротолиз –обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого индивидуального вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой.

За счет тепловых колебаний атом водорода, образующий водородную связь, может на мгновение занять промежуточное положение между атомами кислорода. Из частицы с таким атомом водорода с равной вероятностью могут образоваться как исходные молекулы воды, связанные водородными связями, так и два иона: гидроксид-ион и ион оксония

То есть, в воде протекает реакция 2Н2О = Н3О + ОН.

Также легко происходит и обратный процесс – образование двух молекул воды при столкновении иона оксония с гидроксид-ионом: Н3О+ ОН= 2Н2О.

Обе эти реакции протекают в воде постоянно и с равной скоростью, следовательно, в воде существует равновесие: 2Н2О AН3О+ ОН.

Это равновесие называется равновесием автопротолиза воды.