Вода: ее состав, строение ее молекулы, физические свойства. Химические свойства воды.
Вода — самое распространенное в природе сложное вещество, имеющее молекулярное строение. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (Н2О).
Молекула воды имеет угловую форму, атомы соединены ковалентной полярной связью (ковалентный т. к. оба элемента - неметаллы, полярный - т. к. элементы разные по неметаллической активности). Структурная формула молекулы воды такова:
Кислород - более электроотрицательный элемент, чем водород. Поэтому электроны общих электронных пар смещаются в сторону атома кислорода. В результате на атоме кислорода возникает избыток электронной плотности и вследствие этого частичный отрицательный заряд д-, а на атомах водорода, соответственно недостаток электронной плотности и частичный положительный заряд д+. Молекула воды имеет не линейное, а угловое строение. Т. е. три атома расположены не на одной линии —О— , а под углом, равным 109°:
Из-за того, что атомы водорода оказываются сближены, молекулы воды можно рассматривать как диполь: 
(Диполь это в целом электронейтральная частица, имеющая в своем составе разноименные полюса зарядов, находящиеся на определенном расстояние друг от друга.)
Физические свойства воды во многом аномальны.
Так, при н. у. вода – жидкость, несмотря на то, что ее молекулы очень легкие (М(Н2О).=18 г/моль, для сравнения М(О2)=32 г/моль) Причина этой аномалии – высокая полярность связей в молекуле, которая обуславливает межмолекулярное притяжение –возникновение так называемых водородных связей.
Именно из-за наличия межмолекулярных водородных связей вода - жидкость при н. у. и имеет такие аномально высокие температуры плавления и кипения (0° и 100°С). Вода - это единственное соединение, которое в природных условиях существует в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном).
Плотность жидкой воды равна 1 г\ см3. Плотность твердой воды (льда) меньше, чем плотность жидкой воды. Это следующее аномальное свойство воды. Оно связано с особенностями кристаллической решетки льда, которая имеет много пустот, и поэтому молекулы воды находятся дальше друг от друга, чем в жидкости. Это хорошо, дружище, иначе бы водоемы вымерзали бы со дна, и все живое в них в суровую зиму бы погибало. Ужас!
Электропроводность у дистиллированной воды отсутствует. А вот любая природная вода - это вовсе и не вода, а строго говоря, раствор, более или менее концентрированный. В этом растворе присутствуют соли, которые в растворе существуют в виде ионов. Поэтому любая природная вода (а точнее любой раствор соли) проводит электрический ток.
Теплопроводность у воды низкая, а вот теплоемкость - высокая. Вода медленно нагревается, но и медленно остывает. Это ценное свойство используется в системах теплоснабжения. Вода - регулятор климата.
Вода - растворитель многих веществ.
Химические свойства воды.
Вода - вещество относительно устойчивое к химическим взаимодействиям. Это объясняется тем, что оба элемента, образующие воду - водород и кислород, находятся в своих устойчивых степенях окисления + 1 и -2. Разложение воды на два простых вещества происходит только под действием электрического тока: 2H2O=2H2+O2
Взаимодействие с простыми веществами.
С металлами. Вода не реагирует лишь с металлами низкой активности. С металлами высокой активности вода реагирует согласно схеме:
Ме↑акт +Н2О=гидроксид Ме+Н2↑ (данная реакция ОВР, замещения)
Например: 2Nа+2Н2О = 2NаОН+ Н2.
С металлами средней активности вода реагирует при нагревании согласно схеме:
Ме ср. акт. +Н2О=оксидМе +Н2↑ (данная реакция ОВР, замещения)
Например: Fe + Н2О = FeO + Н2.
С неметаллами. Вода реагирует по-разному, общей схемы взаимодействия нет.
Взаимодействие со сложными веществами.
С оксидами металлов вода реагирует согласно схеме:
Оксид Ме↑ акт. + вода → Щелочь.
Например: СаО + Н2О =Сa(ОН)2.
Оксиды металлов, образующие нерастворимые гидроксиды, с водой не реагируют.
С оксидами типичных неметаллов вода реагирует согласно схеме:
Оксид Неме. + вода→ кислота. Например: SО2 + Н2O= Н2SО3.
Исключения составляют несолеобразующие оксиды (CO, N2O, NO) и оксид кремния (IV).
Так же, вода играет большую роль в природе и жизнедеятельности организмов. Без воды не может существовать ни один живой организм. Вода составляет 2/3 от массы человеческого тела. Основными источниками природной воды являются лед, дождь, снег. На Земле лишь 3% от общей массы воды приходится на пресную воду, 80% из которых недоступно для использования. Отсюда следует важность экономного и разумного использования запасов пресной воды, необходимость очистки загрязненных природных и сточных вод.
К основным загрязнителям воды относятся: промышленные и бытовые стоки, твердые отходы, отходы сельского хозяйства (удобрения), естественные примеси, радиоактивные и тепловые загрязнители. Очистка воды производится в промышленных масштабах на очистных сооружениях. В общем случае очистка воды включает три стадии: 1)первичная очистка проводится с целью удаления механических примесей; 2)вторичная очистка, при которой происходит разложение содержащихся органических веществ под действием микроорганизмов или хлора; 3)третичная очистка включает биологическую, химическую и физическую обработку вод. Эта стадия позволяет довести сточные и природные воды до такого уровня чистоты, что она отвечает стандартам для питьевой воды.
