4. Хімічні властивості води.

Взаємодія Гідрогену з Оксигеном у газоподібному стані за відсутності каталізатора повільно відбувається лише при 300˚С за схемою

2H₂+O₂=2H₂O

З підвищення температури швидкість реакції швидко зростає і при 550˚С вона відбувається з вибухом. За наявності каталізаторів, зокрема платини, перебіг реакції прискорюється. У разі утворення водяної пари теплота утворення ДH_298­=-241,99кДж/моль і ДH₂₉₈=-239,03кДж/моль для рідкої води. Ця реакція є оберненою і в разі зменшення тиску або в разі збільшення температури рівновага зміщується у бік термічної дисоціації. Крім термічної дисоціації вода здатна також до електролітичної, фотохімічної й радіолітичної дисоціації.

Електролітична дисоціація води в рідкому стані відбувається самочинно за схемою

H₂O=H⁺+OH^-

Мірою електролітичної дисоціації є іонний добуток води:

К_в=[H⁺][OH^-],

де [H⁺] і [OH^-] – відповідно концентрація іонів, моль/1000г води.

Іонний добуток води за температури 22˚С становить 10¹⁴ і характеризує кислотність середовища за шкалою pH (водневий показник).

Після електролізів водних розчинів лугів і кислот вода розкладається на водень кисень. Теоретично потенціал розкладання за 20˚С і 0,101МПа становить 1,23В. Фотохімічна дисоціація води відбувається від дією ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 165 мкм.

Під дією іонізуючого випромінювання (рентгенівське, α, β, γ та інші заряджені частинки) відбувається радіолітичне розкладання води. В результаті радіолізу утворюється водень, пероксид гідрогену та вільні радикали OH^-, H⁺ і HO₂^-. Вихід радіолізу становить близько 4 молекули води, що розпалися, на 100 еВ поглиненої енергії випромінювання.

З інертними газами вода утворює гідрати, які є стійкими за дуже низьких температур. Вода окисляється Оксигеном в атомарному стані за схему:

H­₂O+O=H₂O₂

За звичайних температур вода реагує з фтором із виділенням атомарного оксисену:

H­₂O+F₂=2HF+O

Під час розчинення у воді хлору відбувається реакція гідролізу хлору за схемою

H­₂O+Cl₂=HCl+HOCl

Вода має слабкі окисні властивості за рахунок атомів Гідрогену з вищим ступенем окиснення іонів H. За високих температур і наявності каталізаторів вода окиснює метан, оксид карбону (II), вуглець, залізо, фосфор, за звичайних умов – лужні й лужноземельні метали та їх гідриди:

CO+H­₂O=CO₂+H₂ (каталізатор Fe);

3Fe+H­₂O= Fe₃O₄+4H₂;

CH₄+H­₂O=CO+3H₂ (1200-1400˚С без каталізатора і з каталізатором – Ni або Co за 700–800˚С);

CaH₂+2H­₂O=Ca(OH)₂+2H₂;

2Na+2H­₂O=2NaOH+H₂;

Ca+2H­₂O=Ca(OH)₂+H₂.

Реакції з вуглецем, оксидом карбону (II) та метаном використовують для промислового виробництва водню.

Фосфор при нагріванні з водою під тиском за наявності каталізатора окислюється до мета фосфорної кислоти:

2P+6H­₂O= HPO₃+5H₂.

Натрій і кальцій розкладають воду вже за кімнатної температури. Аналогічно взаємодіють з водою гідриди лужних і лужноземельних металів:

LiH+H­₂O= LiOH+H₂.

Магній і цинк розкладають воду за температури 100˚С:

Mg+2H­₂O= Mg(OH)₂+H₂.

При розчиненні у воді кислотних і лужних оксидів утворюються відповідно кислоти та луги, а при розчиненні солей, кислот, основ відбувається їх гідратація, тобто приєднання молекул води до молекул розчиненої речовини.