Строение молекулы воды. Свойства воды

Вода состоит из молекул. В молекуле воды атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Исходя из этого молекулярная формула воды Н₂О, а молекулярная масса воды равна 18. Вода – оксид и продукт реакции горения. Согласно правилам наименования оксидов неметаллов название воды звучит как «оксид диводорода».

Формула Н₂О показывает, что молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Атомы водорода и кислорода связаны ковалентной связью (О–Н) и делят между собой общую электронную пару. Своими уникальными свойствами вода как вещество обязана тому, что кислород в её молекулах оттягивает на себя общие электронные пары значительно сильнее, чем водород. В результате этого на атоме кислорода в молекуле воды скапливается отрицательный частичный заряд (δ–), а на атомах водорода – частичные положительные заряды (δ+). Соответственно, в одной части молекулы воды преобладает частичный отрицательный заряд, а в другой – частичный положительный заряд, и такая молекула называется полярной.

Благодаря полярности между молекулами воды существует взаимодействие особого вида – между ними образуются так называемые водородные связи. Водородная связь возникает между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы воды. Одновременно молекула воды может образовывать до 4-х водородных связей с соседними молекулами. Бóльшая часть свойств воды обуславливается именно межмолекулярными водородными связями. Именно поэтому при охлаждении, то есть замерзании, объём воды увеличивается – образуется упорядоченная структура с многочисленными водородными связями, при этом растут промежутки между молекулами, а поэтому увеличивается и объём.

При изучении чистой воды, налитой в простой стакан, можно охарактеризовать многие её свойства. Чистая вода при комнатной температуре – это прозрачная бесцветная жидкость без вкуса и запаха. На Земле вода существует в трёх агрегатных состояниях: в твёрдом (лёд), в жидком (вода) и газообразном (водяной пар). Вода замерзает при температуре 0 ℃ и испаряется при температуре 100 ℃ (при нормальном давлении). Температуры плавления и кипения воды являются опорными температурами для шкалы Цельсия.

Плотность воды

Наибольшую плотность вода имеет при температуре +4℃. Если взвесить один литр (1 дм³) 4-градусной воды, то полученный результат будет равен 1 кг. Плотность воды будет, соответственно $1 \frac{\mathrm{кг}}{{\mathrm{дм}}^3},$ или $1000 \frac{\mathrm{кг}}{{\mathrm{м}}^3}.$ Если температура воды растёт или понижается, то объём воды увеличивается. Вода расширяется иначе, чем другие жидкости. Объём большинства жидкостей при затвердевании уменьшается, объём воды – наоборот увеличивается. Молекулы воды в твёрдом состоянии расположены дальше друг от друга, чем в жидком, поэтому лёд – легче воды и образуется на её поверхности (плотность льда при 0 ℃ составляет $\mathrm{0,92} \frac{\mathrm{кг}}{{\mathrm{дм}}^3}\mathrm{)}.$ Ледяной слой препятствует промерзанию водоёмов до дна и позволяет водным организмам пережить зиму. Однако тот факт, что вода при замерзании расширяется, создаёт много проблем, например, растрескивание горных пород и фундаментов зданий, разрыв водопроводных труб на морозе.

Вода как растворитель

Вода является хорошим растворителем, в ней растворяются очень многие вещества. В природной воде растворены газообразный кислород О₂ и углекислый газ СО₂, которые имеют огромное значение для жизнедеятельности водных организмов. Морская вода на вкус солёная, так как в ней в большом количестве растворены (в среднем 3,5 г на 100 г воды) соли, которые при растворении распадаются на ионы. Благодаря ионам солей морская вода достаточно хорошо проводит электрический ток (см. параграф. 3.4). Чистая вода не проводит электрический ток, так как не содержит заряженных частиц.