1.Молекулярная структура и изотопный состав воды.

7

Гидрология 2012

ЛЕКЦИЯ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПРИРОДНЫХ ВОД

Вопросы:

1. Молекулярная структура и изотопный состав воды

2. Химические свойства воды.

3. Физические свойства воды.

4. Гидрологическое и физико-географическое значение физических свойств и аномалий воды.

Литература:

Основная:

1. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Гидрология. М., 2006?

2. Давыдов Л.К., Дмитриева А.П., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л,1973

Дополнительная:

4. Мишон В.М. Поверхностные воды Земли: ресурсы, использование и охрана. Воронеж, 1979.

5. Мишон В.М. Гидрофизика. Воронеж, 1979.

6. Алексеевский Н.И. Гидрофизика.М.,2006.

Химически чистая вода (H₂O) – устойчивое соединение водорода (Н) с кислородом (О).

Водород составляет 11,19%, кислород – 88,81%.

Молекула воды образует равнобедренный треугольник с двумя ядрами водорода в основании и ядром кислорода в вершине. Угол между направлениями на атомы водорода меняется от 10427 (пар) до 10440 (жидкость) до 109(лед).

O

— —

0,9710 ^–8 см

0,9710 ^–8 см

105

H

+

H

+

1,5310 ^–8 см

Диаметр молекулы воды равен 2,76 Ангстрема (10^-10 м).

Атом кислорода присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и приобретает отрицательный заряд. В сою очередь атомы водорода, лишенные электронов становятся положительно заряженными протонами. Таким образом молекула воды образует электрический диполь.

В воде возникает электрическое поле, обуславливающее ее большую относительную диэлектрическую постоянную —  (относительная диэлектрическая постоянная – отношение взаимодействия зарядов в веществе к взаимодействию в вакууме). Для воды =79- 81, вакуум — =1, большинство жидкостей =2-8.

Высокая относительная диэлектрическая постоянная приводит к большой способности воды расщеплять молекулы других веществ на ионы или растворять эти вещества. В воде на Земле растворяется большинство веществ, содержащихся в почве и горных породах.

Каждая молекула воды , обладающая двумя положительными и двумя отрицательными зарядами способна образовать 4 водородные связи, т.е соединения положительно заряженного ядра водорода (протона), химически связанного в одной молекуле, с отрицательно заряженным атомом кислорода другой молекулы.

Характерной особенностью молекул воды является их свой­ство объединяться в агрегаты, т. е. совокупности, состоящие из нескольких молекул. Это свойство молекул воды объясняется значительной их полярностью, являющейся следствием нерав­номерного распределения электрических зарядов в самой мо­лекуле воды; на стороне молекулы с атомом кислорода заме­чается некоторый избыток отрицательного заряда, а на другой (противоположной) стороне, где расположены атомы водо­рода, — избыток положительного заряда электричества.

Вода, находящаяся в парообразном виде, состоит главным образом из однородных простых молекул, имеющих формулу Н ₂0. Простую, не объединившуюся с другой молекулу Н₂0 на­зывают гидролем. Агрегат из двух простых молекул (Н

₂0)₂ называют дигидролем, а совокупность трех молекул (Н₂0)₃ — тригидролем. Жидкая вода является смесью гидроля, дигидроля и тригидроля. Таким образом, вода в жидком состоянии наряду с простыми молекулами Н₂0 всегда имеет агрегаты, состоящие из нескольких молекул, которые непре­рывно возникают и распадаются. Данные таблицы 1 показывают, что при из­менении температуры воды соотношение между количеством простых молекул и объединившихся в агрегаты меняется. Этим объясняются некоторые аномалии физических свойств воды. Лед состоит преимущественно из молекул тригидролей.

Таблица 1

Соотношение количества различных молекул воды

(в процентах) при разной температуре

Молекулы	Температура, °С
	0	4	38	98
Н2O	19	20	29	36
(Н2O)2	58	59	50	51
(Н2O)3	23	21	21	13
	100	100	100	100

Присущие воде водородные связи примерно в 10 раз прочнее межмолекулярных взаимодействий, характерных для большинства других жидкостей.

Поэтому на преодоление этих связей при плавлении, испарении и нагревании воды необходимо гораздо больше энергии, чем для других жидкостей, что определяет аномальные тепловые свойства воды.

Водород и кислород имеют несколько природных изотопов. Водород – ¹H-протий, ²H-дейтерий (тяжелый водород), ³H- тритий(сверхтяжелый, радиактивный). Кислород – ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O. Природная вода представляет собой смесь вод различного изотопного состава. Наиболее распространена вода состоящая из изотпов наименьшего атомного веса ¹H₂¹⁶O. Остальные виды воды называют тяжелой водой. Вода с изотопным составом

3H₂¹⁶O называют сверхтяжелой водой. ЕЕ на земле всего 13-20 кг.

Водородная вода —это чистая питьевая вода, только насыщенная молекулами водорода в наиболее эффективной для организма концентрации (1,1 ppm). Научные и клинические исследования доказали, что молекулярный водород является наилучшим естественным антиоксидантом (веществом, очищающим организм от повреждающих молекул.

15.01.2018 09:35:00

Несколько интересных фактов о свойствах молекулярного водорода.

Водород занимает первое место в таблице химических элементов Д.И. Менделеева. Он самый маленький и простой элемент, но при этом функциональный и крайне распространенный во всей Вселенной.
На его долю приходится около 75%  всех атомов на планете. А важность его в протекании различных химических процессов столь же велика, как и у кислорода. Он значим не только для природного мира, но и для здоровья человека.
 
Однако в нашей жизни мало кто знает. 

Водород был открыт в 1766 году и получил свое название благодаря способности образовывать воду в процессе горения. 
Слово «водород» от греческого  (гидроген) и буквально означает «рождающий воду». 
Каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода.  
Живая клетка на 40-98% состоит из воды.
Содержание воды в клетке — важнейшее условие ее деятельности. Вода — основная среда для протекания биохимических изменений. 

Таким образом, не будет преувеличением сказать, что: Вода — основа жизни, а Водород — «рождающий воду» — дарит нам жизнь!

Среди тех, кто бережно относится к своему здоровью, стала популярной тема применения водородной воды в пищу. 

В последнее время медики все чаще говорят о том, что является первопричиной любого заболевания в принципе. Вывод, который они делают, сводится к кислотно-щелочному дисбалансу: 
пища, которую мы потребляем каждый день, лекарственные препараты, вода, экология, стрессы – вот факторы, закисляющие наш организм. 
В кислой среде не может быть жизни!
Поэтому с окислением нужно бороться.

Японские ученые доказали, что с этой проблемой способна справиться вода, обогащенная молекулами водорода.

 
Ведь водород – отличный антиоксидант, который устраняет свободные радикалы, выводит вредные продукты распада, очищает кровь и восстанавливает ткани на клеточном уровне. 
Поэтому водород является наилучшим и окончательным антиоксидантом, не дающим побочных эффектов.

Как показывают последние научные исследования, водородная вода может омолаживать организм на клеточном уровне.
Она увеличивает синтез коллагена первого типа. 

Водород способен благотворно влиять на организм человека, оказывая профилактическое, восстановительное и лечебное воздействие. Многочисленные исследования на животных и человеческом организме лишь подтвердили этот факт.

Небольшая статистика, иллюстрирующая улучшение состояния пациентов после употребления воды, обогащенной водородом

99% — при аллергии  96% — при кожных заболеваниях  89% — при респираторных заболеваниях  91% — при болезнях органов пищеварения  59% — при болезнях нервной системы  87% — при остеоартрозе  88% — при cахарном диабете

Вода, обогащенная водородом — доказала свою терапевтическую ценность в сотнях исследований по всему миру. Водород нейтрализует свободны радикалы, тем самым уменьшая воспаления, улучшая сон и продуктивность, оздоравливая организм и заметно улучшая состояние кожи.

Вода, обогащенная молекулярным водородом, прерывает разрушительные цепные реакции, добавляет в клетки всех органов чистую воду, замедляет старение кожи и тела, нормализует вес, не имеет противопоказаний!

Почему полезна вода, обогащенная водородом? 

• Молекулярный водород безопасен и нетоксичен. Даже организм человека производит этот элемент в желудочно-кишечном тракте в процессе переваривания и расщепления пищи, в составе которой содержится большое количество клетчатки – грубых волокон.
• Молекулярный водород способен беспрепятственно проникать в самое сердце клетки — в митохондрию. И работает как антиоксидант, защищая ДНК, РНК и протеины от оксидативного стресса.
• Молекулярный водород нейтрализует самые вредные свободные радикалы — цитотоксические, преобразуя их в воду. При этом он не трогает хорошие свободные радикалы. Это оказывает сильную поддержку антиоксидантам нашего собственного тела и иммунной системе.⠀
• Молекулярный водород – единственный антиоксидант, который может проникать через гематоэнцефалический барьер. Несмотря на то, что Витамин C — тоже антиоксидант, он слишком велик, чтобы проникать в митохондрии.

Вот что сказал Доктор Ота Сигео, профессор медицинских наук Медицинского Университета Нихон, об уникальной способности водорода: «Водород избирательно ликвидирует гидроксил-радикалы, которые являются активной формой кислорода и атакуют клетки и ДНК в организме человека». Поэтому употребляя регулярно водородную воду, вы можете быть уверены, что клетки вашего организма надежно защищены от мутаций, вызванных катастрофическим закислением, а значит, все системы организма будут работать слаженно. Вы практически сразу ощутите это: уйдут головные боли, раздражительность, появится дополнительная энергия, наладится работа ЖКТ, мочеполовой системы.  

Воспользуйтесь этой прекрасной возможностью – начинайте пить водородную воду уже сейчас.




В результате регулярного применения водородной воды.

• Вы будете меньше уставать
• Вы будете легче переносить физические, психические и умственные нагрузки и быстрее восстанавливаться
• Вы будете чувствовать себя более энергичными и здоровыми
• Вы станете менее подвержены вирусным инфекциям.




Способы применения водородной воды

• Внутрь.
Рекомендуется пить 1- 2 л воды в день. Если это будет водородная вода, эффект будет более значительным.
• Наружно.
Умывание водородной водой способствует омоложению, ускоряет регенерацию клеток кожи.
• Для детоксикации организма. 
Применение водородной воды значительно повышает эффективность очистительных процедур благодаря своим антиоксидантным свойствам.

Прием водородной воды мгновенно запускает все восстановительные процессы.

Яркие свойства молекулярного водорода (h3):

В ходе исследований были выявлены следующие положительные терапевтические эффекты h3

Антивоспалительные эффекты
Противоаллергические эффекты
Защита от гибели клеток
Увеличение метаболизма и клеточного метаболизма
Снижение оксидативного стресса
Снижение мышечной усталости
Снижение уровня лактаты
Противодиабетические эффекты
Улучшение когнитивной функции
Защищает ДНК и РНК
Противоопухолевые эффекты
Цитотоксичная защита
Нейропротективные эффекты
Защита от радиации
Никаких токсических эффектов

Для спортсменов: 



• поддерживает необходимый уровень гидратации;
• повышает активность, выносливость; 
• повышает продуцирование ATP-синтаза митохондриями; 
• снижает уровень повреждения организма вследствие оксидативного стресса.  
• снижает уровень образования молочной кислоты; 
• снабжает организм спортсмена дополнительной энергией; 
• помогает предотвратить возможное повреждение соединительной ткани. 
• устраняет спазмы и болевые ощущения после интенсивных тренировок; 
• быстро восстанавливает;

Одна из причин, почему водородную воду используют для подготовки спортсменов — повышение выносливости. И это не просто слова, а результаты исследований из журналов Research in Sports Medicine, Journal of Sports Science, Medical Gas Research

Для детей: 

• повышает иммунитет; 
• помогает пище лучше усваиваться; 
• сохраняет целостность костного скелета; 
• выводит шлаки и токсины из растущего организма; 
• доставляет клеткам тела необходимый строительный материал, витамины и микроэлементы; 
• ослабляет воспалительные процессы; 
• регулирует и поддерживает оптимальную температуру тела; 
• укрепляет кости и суставы; 
• помогает быстрее восстановиться без осложнений после болезней; 

Для будущих мам: 

• регулирует кровяное, внутричерепное давление; 
• защищает плод во время беременности, обеспечивает его здоровый рост и развитие; 
• укрепляет волосы и защищает от разрушения зубы;
• обеспечивает поддержку общего тонуса организма; 
• помогает бороться с болезнями во время беременности, не нарушая плацентарной функции; 
• несет нейрозащитный эффект при родовых осложнениях.  
• помогает бороться с оксидативным стрессом. 

Опыт женщин, употреблявших водородную воду во время беременности, показывает полное отсутствие токсикоза, хороший и гармоничный рост плода и достаточную лактацию.

Для людей уважаемого возраста: 

• улучшает память; 
• понижает уровня холестерина; 
• поддерживает здоровое кровяное давление; 
• предупреждает инфаркт миокарда; 
• поддерживает общий тонус организма; 
• борется с остеопорозом и поддерживает здоровую плотность костной ткани; 
• борется с болезнью Альцгеймера. 


ВАЖНО ПОНИМАТЬ! 

Водородная вода это лишь часть цельной системы, в которую входят основные целительные силы: 
– сознание, дыхание, питание и движение. 







Узнав о положительных эффектах  применения молекулярного водорода,  компания WATERLUX сфокусировала своё внимание на том, чтобы найти устройства, которые могут  насытить воду водородом до терапевтической концентрации  и сделать их доступными в Украине.

Линейка генераторов водорода:   стационарные       портативные

Водородная вода полученная с помощью генератора водорода имеет такие характеристики:

Базовые и наиболее важные характеристики водородной воды:




Окислительно-восстановительный потенциал водородной воды (ОВП)

ОВП водородной воды отрицательный ( минусовый), может изменяться от −150 до −600 мВ в зависимости от того, как протекал процесс насыщения, качества воды, ее типа, насыщенности солями и прочее.

— Поддерживает ОВП внутренней среды человека
— Восстанавливает поврежденные клетки
— Снабжает организм энергией 

Показатель кислотности

— pH нейтральный 7-8 (соответствует рН той воды, которую насыщали. )
При получении водородной воды методом прямого электролиза рН становится слегка щелочным.
— Полная совместимость с кровью человека
— Поддерживает кислотно-щелочной баланс 

Концентрация водорода. 

Молекулярный водород обладает крайне низкой растворимостью в воде. Однако, даже при таких условиях его количество в воде достаточно для прохождения биохимических реакций. При нормальном атмосферном давлении в 100 мл воды растворяется максимально 1,8 мл водорода. Это соответствует 1,8 ppm.
При этом терапевтическая эффективность водорода стартует от концентрации от 0,5 до 10 ppm


Наши генераторы водорода, представленные на этом сайте, дают концентрацию от 1,0 до 1,6 ppm. По каждому генератору водородной воды можно найти данные в характеристиках.
  

Перейдите по ссылке:

https://waterlux.

ua/catalog/vodorodnaya-voda/


 

Сохранение материи при физических и химических изменениях


Материя составляет все видимое в известной Вселенной, от переносных горшков до сверхновых. А поскольку материя никогда не создается и не уничтожается, она вращается в нашем мире. Атомы, которые были в динозавре миллионы лет назад — и в звезде миллиарды лет до этого — могут быть внутри вас сегодня.

Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство. Он включает в себя молекулы, атомы, элементарные частицы и любое вещество, из которого состоят эти частицы. Материя может изменять форму посредством физических и химических изменений, но при любом из этих изменений материя сохраняется . До и после изменения существует одинаковое количество материи — ни одна из них не создается и не уничтожается. Эта концепция называется законом сохранения массы.

При физическом изменении могут измениться физические свойства вещества, но не его химический состав. Вода, например, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вода — единственное известное вещество на Земле, которое существует в природе в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Чтобы перейти из одного состояния в другое, вода должна претерпевать физические изменения. Когда вода замерзает, она становится твердой и менее плотной, но химически остается прежней. До и после изменения присутствует одинаковое количество молекул воды, а химические свойства воды остаются постоянными.

Однако для образования воды атомы водорода и кислорода должны подвергнуться химическим изменениям. Чтобы произошло химическое изменение, атомы должны либо разорвать связи, либо образовать связи. Добавление или вычитание атомных связей изменяет химические свойства участвующих веществ. И водород, и кислород двухатомны — в природе они существуют в виде связанных пар (соответственно h3 и O2). В правильных условиях и при наличии достаточной энергии эти двухатомные связи разорвутся, и атомы соединятся, образуя h3O (воду). Химики записывают эту химическую реакцию как:

2h3 + O2 → 2h3O

Это уравнение говорит о том, что для образования двух молекул воды требуется две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Обратите внимание, что с обеих сторон уравнения одинаковое количество атомов водорода и атомов кислорода. В химических изменениях, как и в физических, материя сохраняется. Отличие в данном случае состоит в том, что вещества до и после изменения имеют разные физические и химические свойства. Водород и кислород представляют собой газы при стандартной температуре и давлении, тогда как вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха.

В экосистемах происходит множество химических и физических изменений, происходящих одновременно, и материя сохраняется в каждой из них — без исключений. Рассмотрим поток, текущий через каньон — сколько химических и физических изменений происходит в любой данный момент?

Сначала рассмотрим воду. Во многих ручьях каньонов вода поступает с возвышенностей и образуется в виде снега. Конечно, вода не начиналась с — она вращалась по всему миру с тех пор, как на Земле впервые появилась вода. Но в контексте каньонного ручья он начинался в горах как снег. Снег должен пройти физическое изменение — таяние — чтобы присоединиться к потоку. Когда жидкая вода течет через каньон, она может испаряться (еще одно физическое изменение) в водяной пар. Вода дает очень яркий пример того, как материя движется по кругу в нашем мире, часто меняя форму, но никогда не исчезая.

Далее рассмотрим растения и водоросли, обитающие в ручье и вдоль него. В процессе, называемом фотосинтезом, эти организмы преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в сахарах. Однако световая энергия не производит атомы, из которых состоят эти сахара — это нарушило бы закон сохранения массы — она просто обеспечивает энергию для химических изменений. Атомы образуются из углекислого газа в воздухе и воды в почве. Энергия света позволяет этим связям разорваться и восстановиться для производства сахара и кислорода, как показано в химическом уравнении фотосинтеза:

6CO2 + 6h3O + свет → C6h22O6 (сахар)+ 6O2

Это уравнение говорит о том, что шесть молекул углекислого газа соединяются с шестью молекулами воды, образуя одну молекулу сахара и шесть молекул кислорода. Если вы сложите все атомы углерода, водорода и кислорода по обе стороны уравнения, суммы будут равны; материя сохраняется в этом химическом изменении.

Когда животные в ручье и вокруг него едят эти растения, их тела используют накопленную химическую энергию для питания своих клеток и передвижения. Они используют питательные вещества в своей пище для роста и восстановления своих тел — атомы для новых клеток должны откуда-то браться. Любая пища, попадающая в организм животного, должна либо покинуть его тело, либо стать его частью; атомы не разрушаются и не создаются.

Материя также сохраняется во время физических и химических изменений в горном цикле. По мере того, как ручей углубляется в каньон, камни на дне каньона не исчезают. Они размываются потоком и уносятся небольшими кусочками, называемыми отложениями. Эти отложения могут оседать на дне озера или пруда в конце ручья, со временем накапливаясь слоями. Вес каждого дополнительного слоя уплотняет слои под ним, в конечном итоге добавляя такое большое давление, что образуются новые осадочные породы. Это физическое изменение камня, но при правильных условиях камень может измениться и химически. В любом случае вещество в породе сохраняется.

Суть такова: материя циркулирует во Вселенной в различных формах. При любом физическом или химическом изменении материя не появляется и не исчезает. Атомы, созданные звездами (очень, очень давно), составляют все живое и неживое на Земле — даже вас. Невозможно узнать, как далеко и через какие формы прошли ваши атомы, чтобы создать вас. И невозможно знать, где они окажутся в следующий раз.

Это не вся история материи, но это история видимое материя. Ученые узнали, что около 25 процентов массы Вселенной состоит из темной материи — материи, которую нельзя увидеть, но которую можно обнаружить благодаря ее гравитационным эффектам. Точная природа темной материи еще не определена. Еще 70 процентов Вселенной — это еще более загадочный компонент, называемый темной энергией, который действует в противовес гравитации. Таким образом, «нормальная» материя составляет не более пяти процентов Вселенной.

Вода в химических реакциях: значение и роль

В этой статье мы рассмотрим различные способы участия воды в химических процессах. Самое главное, мы рассмотрим значение и определение воды в химических реакциях с ее ролью в химическом контексте. Мы увидим, как структура воды придает определенные свойства, особенно в отношении того, как вода является диполем. Вы узнаете, как вода может участвовать в различных типах реакций путем растворения или образования водородных связей с соединениями.

• Мы рассмотрим значение воды в химических реакциях.
• Мы увидим, как вода может действовать в реакциях, основанных на водородных связях и кислотно-основных механизмах.
• Мы расскажем о структуре воды и о том, как она помогает придавать воде ее свойства.
• Мы также рассмотрим примеры и формулы воды в химическом контексте, а также то, как она реагирует с хлором.

Значение воды в химических реакциях

В химических реакциях вода может действовать по-разному. Некоторые из них включают в себя донор или акцептор водородной связи, а также протон (H ⁺ ) донор или акцептор, который позволяет воде облегчать реакции разными способами.

Самое главное, вода действует как растворитель во многих химических реакциях . Во многих химических контекстах химическая реакция не происходит без воды. Здесь вода позволяет протекать этим реакциям.

Роль воды в химических реакциях

Здесь мы рассмотрим, как вода может способствовать различным типам химических реакций.

Самое главное, благодаря своим растворяющим способностям он обеспечивает свободное перемещение ионов и соединений, что позволяет протекать многим реакциям. Поскольку ионы или соединения могут свободно перемещаться в растворенном состоянии (например, при растворении в воде), химическим реакциям легче протекать, что еще раз демонстрирует способность воды способствовать химическим реакциям.

Но что такое вода? И как это может помочь химическим реакциям?

Как вода действует в химическом контексте?

Что такое вода? Химическая формула чистой воды: H ₂ O . Это означает, что это молекула, состоящая из двух атомов водорода, ковалентно связанных с атомом кислорода. Это работает в контексте атомной связи из-за необходимости кислорода получить два дополнительных электрона (степень окисления кислорода равна -2), которые он получает от двух атомов водорода, где каждый из них имеет один электрон (как степень окисления водород +1).

Изогнутая молекулярная геометрия молекулы воды

Глядя на молекулярную геометрию воды, мы видим, что она изогнута. Вы можете видеть это на диаграмме сбоку, но почему это может быть?

Присмотревшись к центральному атому, в данном случае кислороду, мы можем использовать теорию VSEPR для определения формы молекулы. Так как кислород имеет четыре электронных домена (две связанные пары и две неподеленные пары), они образуют тетраэдрическую геометрию . Из-за того, что существует только две связи, только они будут заметны и показаны.

Эта форма придает воде множество интересных свойств.

Как вы думаете, каков угол между связями в молекуле воды? На самом деле это 104,45° , что меньше ожидаемого для молекулы с тетраэдрической геометрией (109,5°). Но знаете почему?

Это объясняется тем, что не все электронные домены отталкиваются друг от друга в одинаковой степени. Одиночные пары электронов имеют тенденцию отталкивать более связанных пар электронов . В молекуле воды на атоме кислорода есть две неподеленные пары электронов, которые отталкивают от себя связанные атомы водорода. Это заставляет связанные водороды быть ближе друг к другу, делая угол между ними меньше, чем ожидалось.

Из-за того, что вода представляет собой изогнутую молекулу и поскольку существуют различия в электроотрицательности между O и H, молекула воды на самом деле представляет собой диполь .

Диполь : молекула, имеющая положительно и отрицательно заряженный конец.

Поскольку кислород более электроотрицательнее , чем водород, общие электроны в связанных парах, даже если они общие, будут сильнее притягиваться атомом кислорода. Это создает частичный отрицательный заряд на атоме кислорода, а затем частичный положительный заряд на атомах водорода в данной молекуле. Собрав это вместе, мы можем увидеть, как молекула воды становится диполь — здесь имеет один отрицательный конец (атом кислорода) и положительный конец (атомы водорода).

Это также позволяет воде образовывать водородных связей друг с другом. Как видно на схеме, молекулы воды взаимодействуют друг с другом посредством этих частичных зарядов, которые и придают воде все ее физические и химические свойства.

Помните: водородная связь возникает только тогда, когда атом водорода связан с кислородом (O), азотом (N) или фтором (F). Другие атомы не имеют водородных связей.

Диаграмма, показывающая молекулярную форму и угол наклона молекул воды с частичными полюсами в A и водородные связи воды в B

Но почему для воды важно быть диполем ? Поскольку вода является диполем, то есть полярной молекулой, она способна протекать во многих химических реакциях. Но как?

Формула воды в химических реакциях

Далее мы рассмотрим, как вода действует тремя различными способами в химических реакциях. Это включает растворение ионных соединений, образование водородных связей с другими соединениями, а также участие в кислотно-основных реакциях.

1. Растворение ионных соединений

Во-первых, вода является отличным растворителем, поскольку представляет собой молекулу с диполем . Это означает, что вода может легко растворить любое ионное соединение , такое как любая соль. Он разрывает ионную связь, оставляя два иона — положительный и отрицательный. Поскольку вода является диполем, она может экранировать и защищать ионы в обоих направлениях. Он окружает катион (положительный ион) с отрицательно заряженными атомами кислорода, а анион (отрицательно заряженный ион) с атомами водорода. Это обеспечивает соответствующую стабильность ионного соединения в воде. Как видно ниже, это то, что происходит.

Ионная соль _(т) + \(H_2O\) => Катион ⁺ _(водн.) + Анион ^— _(водн.) + \(H_2O\)

3 9.0 Водородная связь с соединения

Поскольку вода представляет собой полярную молекулу , она также способна растворять любое полярное вещество. Как и в предыдущем примере с ионными соединениями, молекулы воды располагаются таким образом, чтобы защитить определенные части, необходимые для полярной молекулы. Это может не вызывать расщепления связей, как в примере с ионными солями, а скорее может зависеть как от его полярные свойства, а также его свойства водородной связи .

Вода может взаимодействовать с веществами, способными образовывать водородные связи, растворяя их, что делает их более подвижными в воде и позволяет протекать реакциям. Может выступать как акцептором, так и донором водородной связи. Здесь рассматриваемое соединение останется тем же самым и не изменится, но его растворение предоставит больше возможностей для протекания химических реакций.

Соединение 9+ $$

При этом образуется либо ион гидроксида (OH ^— ), либо ион гидроксония (H ₃ O ⁺ ). Здесь положительный ион водорода (H ⁺ ) называется протоном, так как это всего лишь атом с одним протоном и без нейтронов или электронов.

Благодаря этому свойству воды, она может способствовать протеканию многих реакций. Самое главное кислотно-основных реакций, но этим дело не ограничивается. Это свойство воды используется также во многих реакциях органического синтеза и даже в катализе некоторых реакций. 9+_{(водн.)} + H_2O $$

Аналогичным образом воду можно использовать для растворения других ковалентно связанных молекул , обычно больших, чем соли. Здесь соединение не распадается в воде, но все же растворяется. Примером этого может быть глюкоза. Этот сахар образует водородных связей с молекулами воды и может растворяться в окружающей воде. Обратите внимание, как в приведенном ниже примере состав соединения (глюкозы в данном примере) не меняется с твердого на водный форма .

$$ C_6H_{12}O_{6(S)}+H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_{6(водн.)}+H_2O $$

Другой распространенной реакцией, в которой участвует вода, является кислота и реакции, опосредованные основанием . Как мы видели ранее, способность воды расщеплять и создавать ионы гидроксида или гидроксония — это реакция, которая может быть использована кислотными или щелочными реакциями. Ниже приведен пример того, как соляная кислота способна образовывать сильную кислоту 9.- $$

В дополнение к этому, способность воды принимать или отдавать протоны является ключевым механизмом в органических реакциях. Ниже приведен пример использования воды в органических реакциях. В данном случае это присоединение воды к алкенам по механизму , катализируемому кислотой . Вам не обязательно знать эту реакцию, но если вам интересно, взгляните на роль воды в контексте этой химической реакции. В этом случае вода способна непосредственно помогать химическим реакциям, особенно органическим.

Катализируемый кислотой механизм присоединения воды к алкенам, где вода может действовать как донор протонов в реакции

Химическая реакция хлора в воде

Что происходит, когда хлор добавляется в воду? Если вы проведете простой тест на лакмусовую бумажку, вы заметите, что pH уменьшается. Взгляните на приведенное ниже уравнение, которое оправдывает такое поведение.