Окислительные и восстановительные свойства воды

Вода проявляет свойства окислителя и восстановителя в процессе взаимодействия с хлором:

один атом хлора С1 = СГ + е~ — окисляется, другой — С1 = С1+е~ — восстанавливается водой.

Окислители, более сильные, чем вода, окисляют ее с выделением кислорода:

а более сильные восстановители, например кальций Са, выделяют из воды Н0:

Вода образует со многими солями продукты присоединения — кристаллогидраты — соль применяемая при коагуляции дисперсных примесей природной воды: A12(S04)3 • 18 Н20.

Структура водных растворов

При контакте с растворителем вещества диссоциируют на электрически заряженные частицы — ионы. Отличительная особенность раствора электролита — способность проводить электрический ток, обусловленная пространственным перемещением ионов.

Понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление в растворах электролитов существенно выше данных эффектов в растворах неэлектролитов при одинаковых количествах растворенного вещества, что объяснимо только ростом общего числа растворенных частиц за счет диссоциации. В зависимости от способности к дисоциации электролиты условно разделяют на слабые и сильные.

Слабые электролиты, — это вещества, в растворах которых отмечается равновесие двух обратимых процессов — диссоциация молекул на ионы и рекомбинация противоположно заряженных ионов в нейтральные молекулы. К слабым электролитам относятся растворы большинства органических кислот, фенолы, амины и некоторые соли.

Сильные электролиты — это вещества, растворы которых состоят только из ионов. К сильным электролитам относятся водные растворы неорганических кислот, оснований и большинство солей.

Образование водных растворов сопровождается пространственной переориентацией молекул воды с изменением или разрывом водородных связей, т.е. определенной перестройкой внутренней структуры воды.

Молекула метана удерживает 10—20 молекул воды с образованием гидратов и выделением тепла, так как энергия взаимодействия между молекулами неэлектролита и воды превышает энергию взаимодействия между молекулами воды. Способствуя разрушению структуры воды, образование гидратов вызывает повышение температуры замерзания.

При попадании в воду неполярных молекул достаточно больших размеров — жидких углеводородов — водородные связи между молекулами воды разрываются, а новые связи с растворяемым веществом не образуются — соединения в воде не растворяются.

Строение водных растворов электролитов определяется воздействием ионов на структуру воды. При вхождении иона в полость льдоподобного каркаса чистой воды происходит переориентация молекул воды под действием его заряда.

Определяющее значение в строении водных растворов электролитов имеет соотношение между величиной заряда и радиусом иона. Крупные ионы с небольшой плотностью заряда Rb+, К+, NOj, I-, Вг“ вызывают резкое изменение — разупорядочивание — структуры воды, увеличивая подвижность молекул. Ионы с малым радиусом и большой плотностью заряда Cr+, А1+, Zn+, С032_, S042-, будучи гидратированы большим числом молекул воды, не нарушают ее структуру и способствуют снижению подвижности молекул и упрочению структуры воды.

Влияние ионов на структуру водного раствора зависит от их концентрации. При малой концентрации в водном растворе электролита могут сохраняться участки воды с ненарушенной структурой. Эти процессы взаимодействия ионов и молекул в водных растворах электролитов с образованием гидратных оболочек вокруг ионов называется гидратацией ионов; при больших концентрациях электролита вода полностью деструктурирована.

Ионы, воздействующие на ближайшие молекулы воды, снижая их трансляционное движение, приводят к положительной гидратации. Разупорядочивающие структуру ионы вызывают повышение подвижности молекул воды, — отрицательную гидратацию. Это характерно для больших ионов с малым зарядом.

Катионы связаны с молекулами воды за счет взаимодействия с электронами атома кислорода. Гидратная оболочка анионов формируется при участии водородных электронов. Способность к гидратации у катионов выражена сильнее, чем у анионов. Сильнее гидратируются ионы с малым радиусом и большей величиной заряда. В концентрированных растворах электролитов нет свободного растворителя — он весь входит в зоны действия ионов.

Растворы при концентрации электролита выше 2 моль/дм3 по структуре напоминают расплавленный кристалл электролита. Если в разбавленных растворах структура воды искажается ионами электролита, то концентрированные растворы — это электролит, структура которого нарушена растворителем. Результат этого — элект- рострикция, т.е. уменьшение (сжатие) общего объема растворителя и электролита.

Образующиеся гидраты по свойствам отличаются от безводного соединения. При растворении безводного сульфата меди вследствие деформации электронной оболочки иона Си2+ появляется окрашенный в голубой цвет гидратированный ион Си(ОН2)4+. Взаимодействие частиц растворенного вещества с водой может быть настолько сильным, что при кристаллизации они выделяются вместе с гидратной оболочкой, образуя кристаллогидраты: A12(S04)3 • 18Н20; Na2C03 • ЮН20 и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >