- •Содержание
- •Введение
- •1 Основные понятия и законы химии
- •1.1 Основные понятия химии
- •1.2 Основные законы химии
- •2 Основные классы неорганических соединений
- •2.1 Простые вещества
- •2.2 Сложные вещества
- •3 Растворы
- •3.1 Общие свойства растворов
- •3.1.2 Способы выражения состава растворов
- •3.1.3 Физико-химические процессы образования растворов
- •3.1.4 Экстракция
- •3.2 Растворы неэлектролитов
- •3.2.1 Законы Рауля
- •3.2.2 Осмос
- •3.3 Растворы электролитов
- •3.3.1 Электролитическая диссоциация
- •3.3.2 Сильные и слабые электролиты
- •3.4 PH водных растворов
- •4 Ионно-обменные реакции
- •4.1 Необратимые ионно-обменные реакции
- •4.2 Обратимые ионно-обменные реакции
- •5 Гидролиз солей
- •5.1 Различные случаи гидролиза
- •2) Гидролиз соли образованной сильным основанием и слабой кислотой
- •3) Гидролиз соли образованной слабым основанием и слабой кислотой
- •5.2 Константа гидролиза
- •5.3 Смещение равновесия при гидролизе
- •6. Окислительно-восстановительные реакции
- •6.1 Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •6.2 Прогнозирование окислительно-восстановительных свойств веществ по степеням окисления элементов
- •6.3 Основные типы окислительно-восстановительных реакций
- •6.4 Взаимодействие металлов с водой, кислотами и щелочами
- •7 Гальванические элементы
- •7.1 Принцип работы гальванического элемента
- •7.2 Водородный электрод сравнения. Электрохимический ряд
- •8 Электролиз
- •8.1 Электролиз расплавов
- •8.2 Электролиз водных растворов
- •8.3 Количественные расчёты в электролизе
- •8.4 Химические источники электрической энергии
- •9 Коррозия металлов
- •9.1 Виды и типы коррозии
- •9.2 Способы защиты металлов от коррозии
- •9.2.1 Изолирование металлов от внешней среды
- •9.2.2 Изменение состава коррозионной среды
- •9.2.3 Рациональное конструирование
- •9.2.4 Электрохимические способы защиты от коррозии
- •10 Термодинамика
- •10.1 Внутренняя энергия и энтальпия. Закон Гесса
- •Или через промежуточный продукт (со) в две реакции:
- •10.2 Энтропия
- •10.3 Энергия Гиббса
- •11 Химическая кинетика Химическая кинетика – учение о скоростях и механизмах протекания химических реакций.
- •11.1 Скорость реакции
- •Основные факторы, влияющие на скорость реакции:
- •Число частиц с энергией большей, чем Еа равно заштрихованной площади.
- •12.1.2 Модель атома по Бору
- •12.2 Современные представления о строении атома
- •13 Периодический закон и периодическая таблица д.И. Менделеева
- •14 Химическая связь и строение молекул
- •14.1 Химическая связь
- •14.1.1 Квантово-механическое описание модели молекулы водорода
- •14.1.2 Основные характеристики химической связи
- •Валентный угол–это угол между двумя химическими связями.Он отражает геометрию молекулы.
- •14.1.3 Типы химических связей Ковалентная связь –это связь между двумя атомами за счет образования общей электронной пары.
- •14.2 Состав и строение молекул
- •15 Типы кристаллических решеток
- •16.1 Общая характеристика s-элементов первой и второй групп
- •16.2 Свойства воды
- •16.2.1 Строение молекулы воды
- •16.2.2 Физические свойства воды
- •16.2.3 Химические свойства воды
- •16.3 Жесткость воды
- •18 Комплексные соединения
- •18.1 Состав комплексных соединений
- •18.2 Реакции с участием комплексных соединений
- •19.8.1 Элементы триады железа
- •19.8.2 Платиновые металлы
- •20 Органические соединения
- •20.1 Углеводороды
- •20.2 Кислородсодержащие соединения
- •20.3 Амины и аминокислоты
- •21 Полимеры
- •21.1 Классификации полимеров
- •21.2 Полимеризационные полимеры
- •21.3 Поликонденсационные полимеры
- •21.4 Структура и состояние полимеров
- •22 Рабочие вещества низкотемпературной техники
- •22.2 Хладагенты органического происхождения
- •Список использованных источников
16.2 Свойства воды
Более важного соединения для жизнедеятельности живых организмов на Земле нет. Вода входит в состав большинства пищевых продуктов и широко используется в ряде технологических процессов. Несмотря на большое количества воды на Земле, пригодной и доступной для использования, является сравнительно небольшое количество пресной воды. В результате жизнедеятельности человечества происходит постепенное ухудшение качества воды. Для устранения этой тенденции Генеральная Ассамблея ООН резолюцией
№ 58 от 09.12.2003 г. провозгласила период с 2005 по 2015 гг. Международным десятилетием действий «Вода для жизни».
16.2.1 Строение молекулы воды
В состав молекулы воды входит водород и кислород. Строение молекулы воды определяются соответственно электронным строением атомов кислорода и водорода. Данные элементы имеют следующие электронные формулы: кислород – 1s22s22р4, водород – 1s1. Для образования электронных конфигураций ближайших инертных газов кислороду необходимы 2 электрона, а водороду – 1, т.е. валентности данных элементов равны соответственно 2 и 1, поэтому образующееся из них соединение будет иметь состав Н2О. В исходном атоме кислорода две валентные р-орбитали расположены под углом 900, а в образовавшейся молекуле воды валентный угол составляет 104,50. На рисунке 16.1 показано строение молекулы воды и в качестве сравнения приведены геометрические модели аммиака и метана.
Рисунок 16.1– Геометрические модели молекул CH4, NH3 и H2O
Из рисунка 16.1 видно, что валентный угол в воде 104,50 ближе к тетраэдрическому (109028′), чем к углу 900. Объяснить искажение валентного угла можно только предположив, что происходит sр3-гибридизация орбиталей атома кислорода. Дополнительным подтверждением этому является геометрическая модель молекулы аммиака, у которого только одна свободная орбиталь и валентный угол (107,30) еще в большей степени приближен к тетраэдрическому. Такой же валентный угол, как у аммиака, имеет ион гидроксония Н3О+, у которого также свободна только одна орбиталь. В кристаллическом состоянии валентный угол воды (109028') еще ближе к тетраэдрическому, так как из-за образовавшихся водородных связей свободные орбитали отсутствуют.
Отдельные молекулы воды соединяются друг с другом посредством водородных связей с образованием относительно прочных ассоциатов:
,
которые полностью разрушаются только при переходе из жидкого в газообразное состояние.
Наличие водородных связей объясняет аномально высокие температуры плавления и кипения воды.
16.2.2 Физические свойства воды
Вода – бесцветная прозрачная жидкость. В таблице 16.1 приведены некоторые физические константы воды. Тпл. и Ткип. приведены при атм. давлении.
Таблица 16.1– Физические константы воды
М, г/моль |
Т пл., оС |
Т кип. оС |
Т крит., оС |
Р крит., МПа |
ρ(Н2Ож), г/мл (4 оС) |
ρ(лёд), г/мл
|
С(Н2Ож), Дж/(г·К) |
С(лёд), Дж/(г·К) |
18 |
0 |
100 |
374,2 |
22,12 |
1,00000 |
~0,9 |
4,18 |
2,12 |
Из таблицы 16.1 видно, что вода имеет аномально высокие температуры
плавления и кипения, не согласующиеся с её мольной массой. Критические температура и давление указывают, что при данных значениях различия между жидким и газообразным состояниями воды исчезает. Плотность воды максимальна при температуре 4 оС, а в кристаллическом состоянии плотность примерно на 10 % меньше. Плотность льда значительно ниже плотности жидкой воды, так как в алмазоподобной кристаллической структуре льда имеется большое количеством пустот. Вода и лёд характеризуются высокой теплоемкостью.
Рассмотрим процессы, происходящие при охлаждении жидкой воды атмосферным воздухом. При понижении температуры поверхностного слоя
воды до 4 оС плотность её постепенно возрастает, что обеспечивает перемешивание слоев воды, имеющих различную температуру. При достижении всеми слоями воды температуры 4 оС и при дальнейшем охлаждении до температуры 0 оС конвективный теплообмен прекращается. При температуре верхнего слоя воды 0 оС происходит переход жидкой воды в кристаллическое состояние (лёд), поэтому промерзание водоема начинается с поверхностного слоя воды. Так как лед имеет плотность меньше, чем плотность жидкой воды, он располагается на поверхности водоема.