Свойства воды. Состав воды и ее строение

Лекция № 2

 

Тема «Свойства воды.

 Состав воды и ее строение»

 

Структура и состав  воды

 

Н_²О (оксид водорода) – устойчивое соединение, с массовой долей водорода 11,10 % и кислорода – 88,91 %. Известно до 36 разновидностей молекул воды, состоящих из сочетаний изотопов водорода (протия– 11Н; дейтерия – 21D и трития – 31Т) и кислорода с массовыми числами

от 14 до 19. На долю стабильного  изотопа Н_²О (где кислород с массовым

числом 16) приходится 99,73 % от  массы воды.

Тяжелая вода Д_²О получается в результате многократного электролиза обычной воды и отличается по свойствам от обычной воды

•   Свойства обычной и тяжелой воды
• Свойства воды Н_²О - D_²О
• Молярная масса воды, г/моль 18 - 20
• Температура замерзания, оС 0 - 3,8
• Температура кипения, оС 100 - 101,4
• Плотность при 20 оС, г/см³ 0,9982 - 1,150
• Температура максимальной плотности, оС 4 - 11,6

Строение молекулы воды

• Неподеленные пары электронов кислорода влияют на строение молекулы воды, придавая ей тетраэдрическую структуру (рис. 2). Орбитали, с неподеленными электронными парами, направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Поэтому около протонов соз-
• дается пониженная электронная плотность (+), а вокруг орбиталей с неподеленной парой электронов- повышенная плотность

Расстояние между ядрами  и угол связи в молекуле  жидкой воды

 

Рис. 3

• Особенности физико-химических свойств воды
• 1. Полярность. Высокая полярность молекул воды объясняется несовпадением центров тяжести ее положительных и отрицательных зарядов. Благодаря необычно большому дипольному моменту (μ (Н2О) =1,85 Д) вода является химически активным соединением, обусловливающим электролитическую диссоциацию солей кислот, оснований и
• имеет аномально большую диэлектрическую постоянную, равную 79,5при 25 оС, т.е. в воде два электрических заряда притягиваются или отталкиваются с силой приблизительно в 80 раз меньшей, чем в вакууме.

 

Наличие водородных связей.

 Молекулы воды связаны между собой водородными связями. По прочности они занимают промежуточное положение между ковалентными и ежмолекулярными связями.

Причиной образования  водородной связи является смещение  единственного электрона водорода  к сильно электроотрицательному  атому кислорода. При этом водород  превращается в частицу с уникальными  свойствами (рис. 4)

Водородные связи в  молекуле воды

 

Рис. 4

• Энергия водородной связи в воде равна 29 кДж/моль. Водородные связи объединяют молекулы воды в ассоциаты (рис.5.)
• Ассоциация молекул воды является причиной аномально высоких температур ее кипения, плавления, теплоты парообразования. Известно, что в ряду аналогичных соединений с увеличением молярной массы возрастают температуры плавления и кипения. Однако в случае воды при сопоставлении ее с аналогами эта закономерность нарушается.

  

 Диаграмма состояния воды

 

Рис. 5

•  Диаграмма состояния  (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе  (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное и т.д.)
• На рис. приведена в схематической форме диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.

 

• Диаграмма  показывает те состояния воды, которые термодинамически  устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и  пару.
• Начнем с кривой ОА, отделяющей область пара от области жидкого состояния.
• Кривая  ОА представляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом – сосуществуют вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом – сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость –пар или кривой кипения.

 

•            СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
• Основная литература:
• 1. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. –М.:Высш.шк., 1986, -280с.
• 2. Ввозная Н.Ф.Химия воды и микробиология. М.Высш.шк., 1987, -340 с.
• 3. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. К.: Вища шк., 1986.
• Дополнительная литература:
• 4. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Контроль качества воды. М., 1986,-168 с.
• 5. Пилат Б.В., Якунин А.Я., Звонкова Е.Е. Новые методы и аппараты для очистки сточных вод. Алматы, 1990.
• 6. Л.В. Петрова, Е.Н. Калюкова Химия воды. УГТУ, учеб. пособие, Ульяновск,  2004