H2O2 - что это за вещество.

Из оксидов водорода самым распространенным на Земле является вода. Эмпирическая формула – Н2О. Молекулярная масса – 18. Строение молекулы воды (структурная формула):

Молекулы воды имеют треугольную формулу: атомы водорода образуют с атомом кислорода угол, равный 104,3 %. Вблизи атома кислорода образуется отрицательно заряженное поле, т. к. наибольшая электронная плотность сосредотачивается на атоме кислорода, а вблизи атомов водорода образуется положительно заряженное поле – молекула воды – диполь. Вследствие полярности молекулы воды ассоциируют, образуя водородные связи. Последние обуславливают все физические свойства воды.

Физические свойства: вода – бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, плотность – 1 г/см3; температура замерзания – 0 °C (лед), кипения – 100 °C (пар). При 100 °C и нормальном давлении водородные связи рвутся и вода переходит в газообразное состояние – пар. У воды плохая тепло-и электропроводность, но хорошая растворимость.

Химические свойства: вода незначительно диссоциирует:

В присутствии воды идет гидролиз солей – разложение их водой с образованием слабого электролита:

Взаимодействует со многими основными оксидами, металлами:

С кислотными оксидами:

Получение: вода образуется при горении водорода в кислороде: 2Н2 + О2 = 2Н2О

Эта реакция протекает мгновенно при 700 °C. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называется гремучей смесью . Методом перегонки получают чистую воду – дистиллированную воду.

Нахождение в природе: вода составляет 2/3 поверхности Земли. Природная вода не бывает чистой, т. к. в ней растворено огромное количество солей. Вода входит в состав многих кристаллогидратов: Nа2СО3 ? 10Н2О ; CuSO4 ? 5Н2О ; MgSO4? 7Н2О . Тяжелая вода D2О отличается от обычной, образованной водородом – протием – наличием в ней второго изотопа водорода – D (дейтерия), Аr которого – 2, следовательно, молекулярная масса тяжелой воды – 20. Плотность D2О = 1,1050 г/см3; температура кипения – 101,4 °C, замерзания – 3,8 °C. Химически менее активна. Применяется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах. Она непригодна для жизненных процессов, т. к. изменяет скорость биохимических реакций. В обычной воде частично содержится тяжелая вода.

Химия изучает состав воды, элементы из которых состоит вода. Химики изучают как вода вступает в реакцию с разными веществами, так происходит реакция, что образуется в итоге.

Вода – весьма активное в химическом отношении вещество.

Химические свойства воды:

1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:

2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH (бурно)

2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH (бурно)

3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (только при нагревании)

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.

Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H 2 O = H 2 + CO (при сильном нагревании)

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (при сильном нагревании)

2) Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока . Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем:

3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов . В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:

4) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Такие оксиди — Это ZnO, TiO 2 , Cr 2 O 3 , из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

5) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты . Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом . Например:

Приведем другие примеры образования гидратов:

H 2 SO 4 + H 2 O = H 2 SO 4 . H 2 O (гидрат серной кислоты)

NaOH + H 2 O = NaOH . H 2 O (гидрат едкого натра)

Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

6) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C 6 H 10 O 5) n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (при действии света)

Другие названия: оксид водорода, дигидрогена монооксид.

Вода - неорганическое соединение с химической формулой H 2 O.

Физические свойства

Химические свойства и методы получения

Вода наивысшей чистоты

Применяемая в лабораториях дистиллированная вода обыкновенно содержит еще заметные количества растворенного диоксида углерода , а также следы аммиака , органических оснований и других органических веществ. Получение очень чистой воды осуществляют в несколько этапов. Сначала в воду на каждый 1 л добавляют 3 г NaOH (ч. д. а.) и 0,5 г KMnO 4 и производят перегонку в аппаратуре на шлифах, изготовленной из стекла типа дюран 50 или солидекс, причем собирают только среднюю фракцию. Таким путем удаляется растворенный диоксид углерода и происходит окисление органических веществ. Удаление аммиака достигается при проведении второй и третьей перегонки с добавлением 3 г KHSO 4 или 5 мл 20%-ной H 3 PO 4 , причем эти реагенты предварительно нагревают с небольшим количеством KMnO 4 . Чтобы предотвратить «выползание» добавленного электролита в конденсат, при проведении третьей перегонки создают «сухой участок», для чего отрезок трубки между насадкой на колбу и холодильником нагревают до 150 °C. Последнюю перегонку, служащую для освобождения от следов электролитов, проводят из кварцевой колбы с холодильником из кварца. Верхнюю трубку холодильника, согнутую под прямым углом, вставляют без всякого уплотняющего материала непосредственно в сужение колбы (рис. 1). Во избежание попадания брызг воды целесообразно на пути пара поместить брызгоулавливатель. В качестве приемника служат колбы из кварца, платины, стекла типа дюран 50 или солидекс, которые предварительно обрабатывают водяным паром. Полученная таким способом вода является «чистой по значению рН» (т.е. со значением pH, равным 7,00).

Рис. 1. Способы присоединения колбы к холодильнику при перегонке воды особой чистоты.

а - простое (дешевое) исполнение;
б - с брызгоулавливателем. Чистоту воды определяют путем измерения ее электропроводности, которая непосредственно после перегонки воды должна составлять менее 10 -6 Ом -1 ·см -1 . Испытание на содержание в воде диоксида углерода производят при помощи баритовой воды, а пробу на содержание аммиака - реактивом Несслера . Очень чистую воду хранят в кварцевых или платиновых сосудах. Можно использовать для этого также и колбы из стекла дюран 50 или солидекс, предварительно обработанные паром в течение долгого времени и предназначенные исключительно для этой цели. Такие сосуды лучше всего закрывать пришлифованными колпачками.

Вода, предназначенная для измерения электропроводности

Способ 1. Получение путем перегонки. Необходимую для проведения измерений электропроводности воду наивысшей степени чистоты получают путем особенно тщательной перегонки уже предварительно очень хорошо очищенной воды. Последняя должна при 25°С обладать электропроводностью (χ ), равной 1·10 -6 -2·10 -6 Ом -1 ·см -1 . Ее получают указанным выше методом или же путем двукратной перегонки: а) со смесью перманганата калия и серной кислоты и б) с гидроксидом бария . Для перегонки пользуются колбой из стекла типа дюран 50 или солидекс с присоединенным к ней медным или кварцевым холодильником.

Рис. 2. Конструкция прибора для перегонки воды, предназначенной для измерения электропроводности.

1 - нагревательная обмотка (60 Ом); 2 - колбонагреватель (130 Ом); 3 - переходник на шлифах .

Все части прибора для одноступенчатой перегонки по методу Кортюма (рис. 2) изготовлены из стекла типа дюран 50 или солидекс, за исключением короткого кварцевого холодильника, присоединенного к перегонному прибору на нормальном шлифе. Ведущую к холодильнику согнутую часть нагревают при помощи нагревательного элемента (60 Ом) до температура превышающей 100°С, во избежание увлечения жидкой воды в холодильник. Расположенный ниже обратный холодильник высотой 60 см снабжен спиралью Видмера. К запасной склянке холодильник присоединяется переходными шлифами. Чтобы дистиллат сохранил малую электропроводность в течение долгого времени, переходные шлифы и запасную склянку предварительно необходимо в течение нескольких суток обработать горячей разбавленной кислотой. Воду высокой чистоты (χ =(1-2)·10 -6 Ом -1 ·см -1) перегоняют, пропуская через прибор медленный поток сжатого воздуха из стального баллона со скоростью приблизительно 1 пузырек в секунду. Воздух предварительно очищают, пропуская его через семь промывных склянок, из которых одна наполнена концентрированной серной кислотой , три содержат 50%-ный раствор гидроксида калия и три - «воду для измерения электропроводности» (последние три промывалки должны быть снабжены пористыми стеклянными пластинками). Полученную воду отбирают из запасной склянки путем вытеснения ее очищенным, как указано выше, сжатым воздухом. Нагревание воды в колбе производят при помощи колбонагревателя мощностью 300 Вт. Колбу можно легко наполнить водой или опорожнить при помощи расположенной в середине ее вертикальной трубки. Заполнение колбы проще всего осуществить, прекратив пропускание воздуха и выключив колбонагреватель.

К трехходовому крану в конце холодильника присоединяют сосуд, в котором проводят измерение электропроводности перегнанной воды до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое значение χ . После этого воду путем переключения крана направляют в запасной сборник.

Таким путем за 1 ч можно получить 100 мл воды, для которой при 25 °С χ=2·10 -7 Ом -1 ·см -1 . Если перегонку вести очень медленно, то электропроводность полученной воды может достигать значения χ=10 -8 Ом -1 ·см -1 .

Способ 2. Получение путем ионного обмена. В больших количествах «воду для измерения электропроводности» (х от 7·10 -8 до 1,5·10 -7 Ом -1 ·см -1 можно получить путем ионного обмена в аппаратуре, схематически показанной на рис. 3.

Рис. 3. Конструкция установки для: получения воды особой чистоты путем ионного обмена.

1 - ионообменная колонна;
2 - пористый стеклянный фильтр;
3 - ячейка для измерения электропроводности;
4 - сборник;
6 - трубка для поглощения диоксида углерода. Колонку из стекла пирекс (длиной 75 см и диаметром 7,5 см) с пористой стеклянной пластинкой на дне наполняют смесью (750 г), состоящей из одной части амберлита IR 120 (16-50 меш) и двух частей амберлита IRA 400 (20-50 меш). Смолу в колонне накрывают перфорированным полиэтиленовым кружком, плавающим в растворе и служащим для предотвращения взмучивания смолы потоком воды. Через колонну пропускают обычную дистиллированную воду. Как только электропроводность воды, измеряемая в ячейке 3, достигнет достаточно низкого значения, сначала промывают, а за тем наполняют ею сосуд 4. Попадание в воду диоксида углерода нз воздуха предотвращают при помощи двух вставленных в колонну и в приемник хлоркальциевых трубок 5, заполненных гранулированным «карбосорбом» с индикатором.

Предварительную обработку смолы и се регенерацию производят следующим образом. Катионообменник IR 120 несколько раз промывают дистиллированной водой, удаляя мелкие частицы декантацией. Затем на стеклянном пористом фильтре смолу дважды обрабатывают попеременно 1 н. NaOH и 2 н. HCl , промывая после каждой обработки дистиллированной водой до нейтральной реакции. Анионообменник IRA 400 сначала также промывают дистиллированной водой. После декантации смолу на стеклянном пористом фильтре обрабатывают 2 н. NaOH, не содержащим карбонатов (воду для приготовления раствора освобождают от диоксида углерода перегонкой). Обработку ведут до тех пор, пока концентрация ионов хлора в элюате не понизится до минимума. После этого смолу промывают дистиллированной водой до достижения нейтральной реакции в промывных водах.

Перед регенерацией смолы смесь разделяют. В стакан вносят смолу, суспендируют ее в этаноле и добавляют хлороформ, причем аннионообменник собирается в верхнем слое. Смесь разделяют на составные части и проводят раздельную регенерацию.

При пропускании через аппаратуру обычной дистиллированной воды можно без регенерации получить со скоростью 1 л/мин 7000 л «воды для измерения электропроводности» с х=5,52·10 -8 Ом -1 ·см -1 при 25 °С.

Список использованной литературы

1. Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. - Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с ISBN 985-6751-04-7.
2. M. Баудлер , Г. Брауэр, Ф. Губер, В. Квасник, П.В. Шенк, М. Шмайсер, Р. Штойдель. Руководство по неорганическому синтезу: В 6-ти томах. Т.1. Пер. с. нем./Под ред. Г. Брауэра. - М.: Мир, 1985. - 320 с., ил. [с. 152-156]

, гипс и др.), присутствует в почве, является обязат. компонентом всех живых организмов .

Изотопный состав. Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (мол. %): 1 Н 2 16 О - 99,13; 1 Н 2 18 О - 0,2; 1 Н 2 17 0-0,04; 1 Н 2 О 16 О-0,03; остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных кол-вах. Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое кол-во радиоактивного 3 Н 2 (или Т 2 О). Изотопный состав природной воды разного происхождения неск. варьирует. Особенно непостоянно отношение 1 Н/ 2 Н: в пресных водах - в среднем 6900, в морской воде -5500, во льдах - 5500-9000. По физ. свойствам D 2 O заметно отличается от обычной воде (см. Тяжелая вода). Вода, содержащая 18 О, по св-вам ближе к воде с 16 О.

Физ. свойства воды аномальны. Плавление льда при атм. давлении сопровождается уменьшением объема на 9%. Температурный коэф. объемного расширения льда и жидкой воды отрицателен при т-pax соотв. ниже -210°С и 3,98 °С. Теплоемкость С° при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале 0-100°С почти не зависит от т-ры (имеется минимум при 35 °С). Минимум изо-термич. сжимаемости (44,9*10 -11 Па -1), наблюдаемый при 46°С, выражен довольно четко. При низких давлениях и т-рах до 30 °С вязкость воды с ростом давления падает. Высокие диэлектрич. проницаемость и диполъный момент воды определяют ее хорошую растворяющую способность по отношению к полярным и ионогенным в-вам. Благодаря высоким значениям С°, и вода-важный регулятор климатич. условий на земле, стабилизирующий т-ру на ее пов-сти. Кроме того, близость угла Н-О-Н к тетраэдрическому (109° 28") обусловливает рыхлость структур льда и жидкой воды и, как следствие, аномальную зависимость плотности от т-ры. Поэтому не промерзают до дна крупные водоемы, что делает возможным существование в них жизни.

Табл. 1 - СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА , НАХОДЯЩИХСЯ В РАВНОВЕСИИ

Но плотность модификаций II-VI значительно ниже той, к-рой мог бы обладать лёд при плотной упаковке молекул . Только в модификациях VII и VIII достигается достаточно высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки, построенные из тетраэдров (аналогичные существующим в кубич. низкотемпературном льде Iс, изоструктурном алмазу), вставлены одна в другую; при этом сохраняется система прямолинейных водородных связей , а координац. число по кислороду удваивается и достигает 8. Расположение атомов кислорода во льдах VII и VIII подобно расположению атомов вжелезе и многих др. металлах . В обычном (Ih) и кубическом (Iс) льдах , а также во льдах HI, V-VII ориентация молекул не определена: оба ближайших к атому О протона образуют с ним ковалентные связи , к-рые м. б. направлены к любым двум из четырех соседних атомов кислорода в вершинах тетраэдра. Диэлектрич. проницаемость этих модификаций высока (выше, чем у жидкой воды). Модификации II, VIII и IX ориентационно упорядочены; их диэлектрич. проницаемость низка (ок. 3). Лед VIII представляет собой упорядоченный по размещению протонов вариант льда VII, а лед IX - льда III. Плотности ориентационно упорядоченных модификаций (VIII, IX) близки к плотностям соответствующих неупорядоченных (VII, III).

Вода как растворитель . Вода хорошо растворяет мн. полярные и диссоциирующие на ионы в-ва. Обычно р-римость возрастает с увеличением т-ры, но иногда температурная зависимость имеет более сложный характер. Так, р-римость мн. сульфатов , карбонатов и фосфатов при повышении т-ры уменьшается или сначала повышается, а затем проходит через максимум. Р-римость малополярных в-в (в т. ч. газов , входящих в состав атмосферы) в воде низкая и при повышении т-ры обычно сначала снижается, а затем проходит через минимум. С ростом давления р-римость газов возрастает, проходя при высоких давлениях через максимум. Многие в-ва, растворяясь в воде, реагируют с ней. Напр., в р-рах NH 3 могут присутствовать ионы NH 4 (см. также Гидролиз). Между растворенными в воде ионами , атомами , молекулами , не вступающими с ней в хим. р-ции, и

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Вода (оксид водорода) – бинарное неорганическое соединение.

Химическая формула: Н 2 O

Структурная формула:

Молярная масса: 18,01528 г/моль.

Альтернативные названия : оксид , гидроксид водорода, гидроксильная кислота, монооксид дигидрогена, оксидан, дигидромонооксид.

В молекуле воды атом кислорода находится в состоянии sp 3 –гибридизации, поскольку в образовании гибридных орбиталей участвуют не только валентные электроны, но и неподеленные электронные пары. Гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра:

Вследствие большой разницы электроотрицательностей кислорода и водорода связи в молекуле сильно поляризованы, и происходит смещение электрон ной в сторону . Молекула воды обладает большим дипольным моментом, поскольку полярные связи расположены несимметрично.

С сильной поляризацией связи О – Н связано образование водородных связей между молекулами воды. Каждая молекула воды может образовывать до четырёх водородных связей – две из них образует атом кислорода, а еще две – атомы водорода:

Образование водородных связей определяет более высокую температуру кипения, вязкость и поверхностное натяжение воды по сравнению с гидридами аналогов ( селена и теллура).

Изотопные модификации воды

В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в состав молекулы, выделяют следующие изотопные модификации воды :

С учетом того, что у кислорода три стабильных изотопа (16 O, 17 O и 18 O), можно составить 18 формул молекул воды, различающихся изотопным составом. Как правило, природная вода содержит все эти разновидности молекул.

Примеры решения задач по теме «формула воды»

ПРИМЕР 1

Задание	В радиатор автомобиля залили 9 л воды и добавили 2 л метилового с плотностью 0,8 г/мл. При какой минимальной температуре можно теперь оставить автомобиль на открытом воздухе, не опасаясь, что вода в радиаторе замерзнет (криоскопическая константа воды равна 1,86 К кг/моль)?
Решение	По закону Рауля понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов неэлектролитов равно: где: – понижение температуры замерзания раствора; К cr – криоскопическая постоянная растворителя; C m – моляльная концентрация раствора; m B – масса растворенного вещества; m A – масса растворителя; M B – молярная масса растворенного вещества. Масса метилового спирта равна: Масса воды равна: Молярная масса метилового спирта равна 32г/моль Рассчитаем изменение температуры замерзания:
Ответ	Автомобиль можно оставлять на улице при температуре выше –10,3°С

ПРИМЕР 2

Задание	Сколько граммов Na 2 SO 4 10H 2 O следует растворить в 250 г воды для получения раствора, содержащего 5% безводной ?
Решение	Молярная масса Na 2 SO 4 равна: Молярная масса кристаллогидрата: Обозначим количество (моль) растворенной соли как х. Тогда раствора будет равна: Масса безводной соли в готовом растворе будет равна: