Взаимодействие с оксидами металлов

С оксидами металлов вода реагирует иначе, чем с оксидами неметаллов.

Исследуем взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого поместим в стакан с водой небольшое количество CaO и тщательно перемешаем. При этом протекает химическая реакция:

в результате которой образуется новое вещество Ca(OH)2, относящееся к классу оснований. Таким же образом реагируют с водой оксиды лития, натрия. При этом также образуются основания, например:

Подробнее с основаниями вы познакомитесь в следующем уроке. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют основными оксидами.

Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания.

В таблице 12 приведены формулы некоторых основных оксидов и соответствующих им оснований. Заметьте, что, в отличие от кислотных оксидов, в состав основных оксидов входят атомы металлов. Большинство оксидов металлов — это основные оксиды.

Несмотря на то что каждому основному оксиду соответствует основание, не все основные оксиды взаимодействуют с водой, подобно CaO, образуя основания.

Взаимодействие с металлами

При обычных условиях активные металлы (K, Na, Ca, Ba и др.) бурно реагируют с водой:

В этих реакциях выделяется водород и образуются растворимые в воде основания.

Как химически активное вещество вода вступает в реакции со многими другими веществами, но об этом вы узнаете при дальнейшем изучении химии.

Краткие выводы урока:

Вода — химически активное вещество. Она вступает в реакции с кислотными и основными оксидами, активными металлами.
При взаимодействии воды с большинством кислотных оксидов образуются соответствующие кислоты.
Некоторые основные оксиды при реакции с водой образуют растворимые основания.
При обычных условиях вода реагирует с наиболее активными металлами. При этом образуются растворимые основания и водород.

Основания как сложные вещества

Испытаем с помощью индикатора раствор, полученный в результате реакции оксида кальция CaO с водой. Для этого прибавим к нему 1—2 капли раствора метилового оранжевого. Окраска раствора изменится с оранжевой на желтую (рис. 111).

Это свидетельствует о том, что в полученном растворе присутствует не кислота, а какое-то новое вещество, изменяющее цвет индикатора. Подобно оксиду кальция, с водой реагируют и некоторые другие оксиды, например оксид натрия Na₂O:

В результате взаимодействия оксидов кальция и натрия с водой образуются вещества Са(ОН)₂ и NaОН. Они похожи тем, что в их состав входят атомы металлов и группы ОН, называющиеся гидроксогруппами (от греческого слова «hydor», которое означает «вода»). Такие вещества относятся к классу оснований.

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп.

Валентность гидроксогруппы равна единице. Зная это, легко составить формулу любого основания: число групп ОН в формуле основания всегда равно валентности атома металла, например:

В то же время по формуле основания можно легко определить валентность атомов содержащегося в нем металла — она равна числу гидроксогрупп в формуле данного основания. Например, в формуле основания Fe(OH)₂ две гидроксогруппы, следовательно, валентность атома железа в этом веществе равна II, а в основании Cr(OH)₃ валентность атомов хрома равна III.

Как же называются основания? Известно, что продукты соединения воды с веществами называются гидратами. Если с водой соединяются оксиды металлов, то образуются гидраты оксидов металлов, или сокращенно гидроксиды металлов. Поэтому вещества Ca(OH)₂ и NaOH, образующиеся при взаимодействии оксидов кальция и натрия с водой, называются «гидроксид кальция» и «гидроксид натрия».

По растворимости в воде основания делятся на растворимые и нерастворимые. Растворимые в воде основания называют щелочами. К их числу относятся KOH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ и некоторые другие.

Обнаружить присутствие растворимых в воде оснований (щелочей) можно по изменению окраски индикаторов. Кроме известных вам лакмуса и метилоранжа, для этих целей можно использовать еще один индикатор — фенолфталеин. Он не имеет окраски в воде и в растворе кислоты, но в присутствии щелочей этот индикатор окрашивается в малиновый цвет (см. рис. 111, табл. 13).

Реакция нейтрализации

Как было показано, растворимые в воде основания — щёлочи — легко обнаружить с помощью индикаторов. Однако если к раствору гидроксида натрия NaOH прибавить фенолфталеин, а затем хлороводородную кислоту, то появившаяся вначале малиновая окраска после добавления кислоты исчезает (рис. 112).

Это свидетельствует о том, что кислота как бы уничтожила, или нейтрализовала, основание. Реакцию между кислотой и основанием, протекающую в этом случае, называют реакцией нейтрализации:

Реакция нейтрализации — это реакция между основанием и кислотой, в результате которой образуются соль и вода.

Реакция нейтрализации не относится ни к одному из известных вам до сих пор типов реакций (разложения, соединения, замещения). Это реакция нового типа — реакция обмена.

Реакциями обмена называются реакции между сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями.

Основание состоит из атомов металла и гидроксогрупп, а кислота — из атомов водорода и кислотного остатка. В результате реакции исходные вещества обменялись своими составными частями (рис. 113):

Краткие выводы урока:

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп.
Реакция между основанием и кислотой, в ходе которой образуются соль и вода, называется реакцией нейтрализации.
Реакция обмена — реакция между сложными веществами, в результате которой они обмениваются своими составными частями.

Вода — одно из самых важных веществ для всех живых организмов, в том числе и для человека. Наш организм примерно на 60—65 % состоит из воды. Большинство химических процессов в организме человека протекает в водных растворах. Все биологические жидкости в нашем организме (кровь, лимфа) представляют собой водные растворы. Если вода не поступает в организм, происходит его отравление продуктами жизнедеятельности. Вот почему без пищи человек может прожить дольше (примерно 50—60 дней), чем без воды (примерно 5—10 дней).

На заметку: Человек тяжело переносит обезвоживание. Потеря примерно 6—8 % влаги приводит к повышению температуры тела, покраснению кожи, учащению сердцебиения и дыхания, появлению мышечной слабости и головокружению. При температуре 30 °С потеря 15—20 % влаги в большинстве случаев заканчивается смертью.

Каждый человек в сутки должен выпивать примерно 2 дм³ свободной и связанной воды (соки, супы, чай, напитки, молоко, фрукты и т. д.). Это нужно для того, чтобы возместить потери воды вследствие ее выделения с мочой и испарения через кожу и легкие.

На заметку: В среднем за свою жизнь человек потребляет (и выделяет в виде мочи и пота) около 70 т воды.

Вода требуется для самых различных бытовых нужд: умывания, туалета, приготовления пищи, стирки и уборки. В таблице 14 приведены данные о средней потребности человека в воде для бытовых нужд.

Вода необходима также для многих производств. В таблице 15 приведены данные о примерном расходе воды для производства различных промышленных продуктов и материалов. Следует отметить, что для бытовых нужд необходима чистая пресная вода, а для многих производств — даже еще чище, т. е. морская вода для этих целей непригодна.

Общая масса воды на нашей планете огромна — около 1,45 x 10²¹ кг. Основная ее часть (более 97 %) находится в морях и океанах.

Природная вода, содержащая небольшие количества посторонних веществ, называется пресной, и только она пригодна для питья и приготовления пищи. На долю пресной приходится лишь небольшая часть (менее 3%) всех водных ресурсов Земли. Причем более 3/4 запасов пресной воды находится на полюсах (Северном и Южном) нашей планеты в виде ледников и в настоящее время практически недоступны для использования.

Содержание

Круговорот воды в природе
Схема очистки питьевой воды
Охрана водоемов

Круговорот воды в природе

Вода в природе совершает непрерывный круговорот (рис. 114). При нагревании океанов, морей, озер и рек под действием солнечных лучей происходит испарение. При переходе воды из жидкого в газообразное состояние она освобождается от минеральных веществ, преимущественно солей. Водяные пары поднимаются в верхние слои атмосферы и там конденсируются либо в жидкость (капли), либо в лед (снежинки). После этого вода выпадает на землю в виде дождя или снега. Дождевая вода (или снег) попадает в реки, моря, океаны или впитывается в землю, образуя подземные воды. Они попадают в реки, моря, океаны, и после этого описанный цикл снова повторяется. Этот процесс и называется круговоротом воды в природе.

Дождевая вода и снег — это самая чистая природная вода. Если в месте выпадения дождя или снега в атмосфере содержатся вредные газообразные выбросы предприятий и транспорта (оксиды серы и азота), то они растворяются в воде, и на землю выпадают кислотные дожди. Как только вода попадает на землю, она загрязняется веществами с ее поверхности.

Схема очистки питьевой воды

Основными источниками чистой воды для населения городов и поселков являются реки, озера и подземные воды. Прежде чем попасть к нам в дом, вода из этих водоемов проделывает длинный путь через систему водоочистки (рис. 115).

Вначале с помощью фильтров из воды удаляют крупные предметы (палки, сучья, бытовые отходы и т. п.), а затем проводят предварительное хлорирование с помощью газообразного хлора. Это делается для того, чтобы уничтожить основную массу различных вредных микроорганизмов.

Затем следует обработка химическими реагентами, фильтрация через песок и дополнительное хлорирование для надежной дезинфекции воды. После этого на некоторых очистительных станциях в воду добавляют специальные добавки, например фториды, способствующие укреплению эмали зубов, проводят доведение кислотности воды до принятого уровня и т. д.

Широкое использование газообразного хлора для обеззараживания воды связано с его высокой активностью против различных болезнетворных микроорганизмов и низкой стоимостью. Однако даже небольшие количества свободного хлора придают воде неприятный специфический привкус. Кроме того, некоторые хлорсодержащие вещества, образующиеся при действии хлора на органические примеси, чрезвычайно токсичны и обладают канцерогенной (вызывающей онкологические заболевания) и мутагенной (вызывающей генные мутации) активностью.

На заметку: Самым токсичным в настоящее время веществом небелковой природы является диоксин, который легко образуется при действии хлора на некоторые органические вещества.

В последнее время для обеззараживания воды стали использовать озон. Он обладает очень сильным дезинфицирующим действием. В экологическом отношении озон безопаснее, чем хлор. В настоящее время распространение этого метода обеззараживания сдерживает лишь относительно высокая, по сравнению с хлором, стоимость озона, что приводит к удорожанию очищенной воды.

Охрана водоемов

С ростом численности населения Земли и увеличением выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции потребление чистой воды значительно возрастает. Однако природные ресурсы чистой воды на нашей планете не бесконечны. Поэтому необходимо заботиться о чистоте и сохранении источников чистой воды. В большинстве случаев такими источниками являются природные водоемы — реки и озера.

Основными путями загрязнения водоемов различными вредными веществами являются сточные воды промышленных и сельскохозяйственных предприятий, бездумное использование минеральных удобрений, ядохимикатов и химических средств защиты растений в сельском хозяйстве, непродуманная организация различных свалок промышленных и бытовых отходов.

Вредные вещества, содержащиеся в сточных водах или смываемые с поверхности почвы дождевой водой, поступают в природные водоемы и из них возвращаются обратно к человеку с питьевой водой, поскольку в процессе очистки они, как правило, удаляются не полностью. Это может приводить к различным отравлениям и болезням. Кроме того, вредные вещества оказывают губительное воздействие на все живые организмы в водоемах, что может вызвать гибель их обитателей.

Надеюсь урок 30 «Вода в природе» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!