Вода меняет состояние, сохраняя молекулы
Двигай температурный ползунок. Сравни порядок и расстояния между молекулами H₂O в трёх состояниях.
Чистая вода при нормальном атмосферном давлении
Качественная модель чистой воды при нормальном атмосферном давлении. На границах 0 °C и 100 °C могут сосуществовать две фазы; процесс не моделирует время, теплоту или реальную плотность.
Вода — соединение с постоянным составом
Формула воды H₂O показывает два атома H и один O в каждой молекуле. Относительная молекулярная масса равна 2 · 1 + 16 = 18. Вода — сложное вещество и оксид водорода, а не смесь водорода и кислорода.
В природной и водопроводной воде растворены соли и газы. Поэтому образец воды из крана обычно представляет собой смесь, хотя его основной компонент — вещество H₂O. Нельзя переносить свойства химически чистой воды на любой водный раствор без учёта примесей.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Вещество H₂O | Определённый состав | Два H на один O |
| Природная вода | Раствор и возможные взвеси | H₂O и примеси |
| Лёд и пар | Те же молекулы H₂O | Другое агрегатное состояние |
Химическая формула воды остаётся H₂O во всех состояниях. Природная вода обычно содержит дополнительные вещества.
Необычные физические свойства
При нормальном атмосферном давлении чистая вода замерзает примерно при 0 °C и кипит при 100 °C. При переходе в лёд она расширяется, поэтому лёд имеет меньшую плотность и плавает. Водоёмы обычно начинают замерзать сверху.
Максимальная плотность жидкой воды достигается около 4 °C. Эти особенности важны для жизни в водоёмах. Температуры переходов зависят от давления и состава: в горах вода кипит ниже 100 °C, а растворённые вещества меняют температуру замерзания.
| Свойство чистой воды | Условие или следствие |
|---|---|
| Замерзание около 0 °C | При нормальном атмосферном давлении |
| Кипение около 100 °C | При том же давлении |
| Лёд менее плотный | Плавает на поверхности |
| Максимум плотности около 4 °C | Влияет на перемешивание воды в водоёмах |
Физические свойства воды зависят от условий. Расширение при замерзании объясняет плавание льда.
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Лабораторная стеклянная посуда
Лабораторная посуда помогает наблюдать вещества и их превращения в контролируемых условиях.
Diane A. Reid / National Cancer Institute · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Вода реагирует с активными металлами
С некоторыми активными металлами вода образует основание и водород. Например, 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Для кальция: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑. Атомы металла входят в состав гидроксида.
Не все металлы так реагируют с холодной водой. Медь в обычных условиях не вытесняет из неё водород, а реакции железа зависят от температуры и других факторов. Эти примеры объясняют различие активности; опыты с натрием или калием не предназначены для самостоятельного повторения.
Активный металл
Na или Ca в изучаемых примерах
Вода
Источник H и O
Основание
NaOH или Ca(OH)₂
Газ
H₂ выделяется из системы
Некоторые активные металлы реагируют с водой с образованием основания и H₂. Это свойство нельзя распространять на все металлы.
Вода реагирует и с некоторыми оксидами
Оксид кальция взаимодействует с водой: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Образуется гидроксид кальция, выделяется теплота. С некоторыми оксидами неметаллов вода образует кислоты: SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
Таким образом, вода — не только растворитель, но и химический реагент. Однако не любой оксид реагирует с ней: например, SiO₂ при обычных условиях не превращается в кислоту от простого смешивания с водой. Нужно знать конкретное вещество, а не применять одну схему ко всему классу.
Некоторые оксиды металлов
CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Получается основание.
Некоторые оксиды неметаллов
SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Получается кислота.
Вода может участвовать в образовании оснований и кислот. Реакционная способность разных оксидов неодинакова.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 7 класс», § 23. Материал переработан для объяснения; источник: 7 класс. Химия — § 23. Состав, физические и химические свойства.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах