Химические свойства воды
Вода взаимодействует со многими веществами: как с простыми, так и со сложными.
Так, например, Н2О реагирует со многими неметаллами, причем с одними из них (F2, Cl2) – при нормальных условиях:
2Н2О + 2F2 = 4НF + O2 (могут быть получены и другие продукты: H2O2, F2O)
Н2О + Сl2 ↔ НСl + НСlO
С другими (С, Si) – при повышенных температурах:
С + Н2O СО + H2
Si + 2H2O SiO2 + 2H2
Из металлов Н2О реагирует только с теми, которые стоят в ряду напряжений до Н2. Причём со щелочными (Na, K) и щелочноземельными металлами (Са, Ва) эта реакция бурно протекает уже при обычных условиях:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
С другими металлами Н2О реагирует при высоких температурах:
Ni + 2H2O Ni(OH)2 + H2↑
Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2↑
В таких условиях образующиеся гидроксиды разлагаются:
Ni(OH)2 NiO + H2O
Mg(OH)2 MgO + H2O
Поэтому суммарное уравнение реакции будет выглядеть так:
Ni + H2O NiO + H2↑
Mg + H2O MgO + H2↑
Некоторые амфотерные металлы (Zn, Be, Al) при обычных условиях реагируют с водой в присутствии щелочи:
2Al + 6H2O + 2NaOH = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
Zn + 2H2O + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Уже при обычных условиях Н2О бурно взаимодействует с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов с образованием щелочей:
H2O + Na2O = 2NaOH
H2O + CaO = Ca(OH)2
С оксидами большинства других металлов вода не реагирует ни при обычных условиях, ни при нагревании.
При взаимодействии с кислотными оксидами Н2О образует кислоты:
SO3 + H2O = H2SO4 ; P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
Некоторые кислотные оксиды (SiO2) с Н2О не реагируют. В этом случае соответствующие им кислоты получают косвенным путем.
Вода вступает со многими сложными неорганическими и органическими веществами в реакции гидролитического разложения.
Из неорганических веществ гидролизуются Н2О прежде всего соли, нитриды, фосфиды, карбиды, силициды, гидриды. Соли подвергаются гидролизу, если они образованы или слабой кислотой, или слабым основанием, или и тем и другим вместе. Протекающие реакции при этом являются обратимыми, за исключением гидролиза некоторых солей, образованных и слабой кислотой, и слабым основанием.
Cu(NO3)2 + H2O CuOHNO3 + HNO3
Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH
Al2S3 + 6 H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
Нитриды, фосфиды, карбиды, силициды и гидриды гидролизуются полностью. При этом образуются гидроксид металла и соответствующее водородное соединение неметалла:
Na3N + 3H2O = 3NaOH + NH3↑ (аммиак)
натрий-нитрид
Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3↑ (фосфин)
кальций-фосфид
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑ (метан)
алюминий-карбид
Ca2Si + 4H2O = 2Ca(OH)2 + SiH4↑ (силан)
кальций-силицид
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑
кальций-гидрид
Из органических соединений гидролизу подвергаются сложные эфиры, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и др. вещества.
R1-C + H2O R1-C + R2OH
сложный эфир
Вода может также присоединяться по месту разрыва двойной связи в молекулах непредельных органических соединений
CH2 = CH + H2O → CH3 – CH2OH этиловый спирт
этилен
СH ≡ CH
+ H2O
CH3 – С уксусный
альдегид
ацетилен
Вода может растворять в себе многие соединения. Молекулы или ионы растворенных веществ при этом окружаются в растворах оболочкой из молекул H2O (гидратная оболочка). При осаждении веществ из растворов эти гидратные оболочки разрушаются. Но некоторые вещества, высаждаясь, увлекают их из раствора и удерживают в осадках. Такие соединения называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них H2O – кристаллизационной. В формулах кристаллогидратов указывают, сколько молекул H2O удерживает одна структурная единица вещества.
Например: CuSO4 ∙ 5H2O
FeSO4 ∙ 7H2O
Кристаллизационная H2O в кристаллогидратах в большинстве случаев связана непрочно и при нагревании легко испаряется:
CuSO4 ∙ 5H2O = CuSO4 + 5H2O
FeSO4 ∙ 7H2O = FeSO4 + 7H2O
Некоторые сухие соли вновь могут превращаться в кристаллогидраты, присоединяя H2O, содержащуюся в воздухе:
CaCl2 + 2H2O = CaCl2 ∙ 2H2O
Поэтому их часто используют для сушки газов и различных органических жидкостей.