Молекулярная масса воды — всего 18 а. е. м. Существует немало веществ со значительно более тяжёлыми молекулами, являющихся при нормальных условиях газами. Что вы думаете по этому поводу? Что вы можете сказать относительно прочности молекул воды?
Вода
Вода — важнейшее вещество среди многочисленных соединений водорода. Это самое распространённое на Земле вещество. Гидросфера — водная оболочка планеты — занимает 71 % поверхности. Как вам хорошо известно, вода входит в состав минералов, горных пород, всех живых организмов.
Вы познакомились с водой как растворителем, способами её синтеза и разложения, отдельными химическими свойствами. Обобщим и расширим эти знания.
Состав воды
В связи с существованием изотопов водорода (Н, D, Т) и кислорода (16О, 17О, 18O) известно несколько изотопных разновидностей воды. Наиболее распространённые из них существуют в природе в следующих соотношениях: 99,73% Н216О; 0,2% Н218O; 0,03% HD16O; 0,04% Н217O.
Особый интерес представляет тяжёлая вода D90, впервые выделенная из природной воды в 1932 г. Присутствие в составе молекул атомов дейтерия существенно сказывается на свойствах вещества. Последние в значительной степени отличаются от свойств обыкновенной воды. Так, у тяжёлой воды tкип = 101,43 °С, tпл = 3,82 °С, плотность равна 1,104 г/см3. На живые организмы даже небольшие количества тяжёлой воды действуют угнетающе.
По химическим свойствам тяжёлая вода близка к обычной. Разговор об изотопах водорода будет неполным без упоминания тяжёлой воды (D2O), т. е. воды, в состав которой вместо протия входят атомы дейтерия. Это вещество нашло применение в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах. Количество природной тяжёлой воды невелико (0,02 % от общей массы воды). Собранная со всего земного шара, она могла бы наполнить водоём, равный по объёму Чёрному морю. В составе вод Земли содержится и сверхтяжёлая вода, имеющая в своём составе тритий. Этого экзотического вещества на планете всего 13—20 кг.
Вспомните значения плотности, температуры кипения и плавления, характерные для обыкновенной воды.
Молярные массы газов — углекислого, сероводорода соответственно равны 44 и 34 г/моль, а молярная масса воды — 18 г/моль.
Как объяснить, что более лёгкие молекулы воды образуют жидкость, в то время как более тяжёлые молекулы сероводорода (при н. у.) существуют в газообразном состоянии?
По всей видимости, ответ следует искать в строении вещества. Вы уже знакомы с образованием и строением молекулы воды (с. 193).
Строение молекулы воды
Обе связи О—Н в молекуле воды — ковалентные, полярные, равноценные. В то же время заряды в молекуле воды распределяются таким образом, что формируются две противоположно заряженные области, которые находятся на некотором расстоянии друг от друга.
Угловое строение молекулы воды, а также наличие в ней противоположно заряженных центров приводят к возникновению так называемых водородных связей.
Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы, и наоборот. Таким образом возникает межмолекулярное взаимодействие:
Молекулы воды оказываются ассоциированными (объединёнными) посредством водородных связей. В единый комплекс объединяется по 5—7 молекул воды. Такое объединение ведёт к укрупнению частиц вещества, что и обусловливает физические свойства воды: tпл = 0°С, tкип = 100 °С (при атмосферном давлении), ρ = 0,9982 г/см3 при 20 °С, т. е. самую высокую теплоёмкость среди жидкостей (4,184 кДж/моль).
Молекулярная масса воды — всего 18 а. е. м. Существует немало веществ со значительно более тяжёлыми молекулами, являющихся при нормальных условиях газами. Что вы думаете по этому поводу? Что вы можете сказать относительно прочности молекул воды?
