42. Вода. Властивості води.

Вода — оксид гідрогену — одна з найпоширеніших і найважливіших речовин. Поверхня Землі, вкрита водою, у 2,5 раза більша, ніж поверхня суші. Чистої води у природі немає, — вона завжди містить домішки. Добувають чисту воду методом перегонки. Перегнана вода називається дистильованою. Склад води (за масою): 11,19 % гідрогену і 88,81 % оксигену. Фізичні властивості. Чиста вода прозора, без запаху і смаку. Найбільшу густину вона має при 4°С (1г/см ). Густина льоду менша, ніж густина рідкої води, тому лід плаває на поверхні. Вода замерзає при 0°С і кипить при 100°С при тиску 101 325 Па. Вона погано проводить теплоту і дуже погано — електричний струм. Вода — хороший розчинник.

Молекула води має кутову форму (див. рис. 3.3): атоми гідрогену відносно атома оксигену утворюють кут, що дорівнює 104,5°. Тому молекула води — диполь: та частина молекули, де розташований гідроген, заряджена позитивно, а частина, де розташований оксиген, — негативно. Завдяки полярності молекул води електроліти в ній дисоціюють на іони.

У рідкій воді поряд зі звичайними молекулами Н₂О містяться асоційовані молекули, тобто сполучені в складніші агрегати (Н₂О)xвнаслідок утворення водневих зв’язків (див. § 3.6). Наявністю водневих зв’язків між молекулами води пояснюються аномалії її фізичних властивостей: максимальна густина при 4 °С, висока температура кипіння (в ряду Н₂О — H₂S —Н₂Sе — Н₂Те), аномально висока теплоємність [4,18 Дж/(г ∙К)]. З підвищенням температури водневі зв’язки розриваються, і повний розрив їх настає при переході води в пару.

Хімічні властивості. Вода — досить реакційноздатна речовина. За звичайних умов вона взаємодіє з багатьма основними і кислотними оксидами, а також із лужними і лужноземельними металами, наприклад:

Н₂O + Na₂O = 2NaOH; 2Н₂O + Li = 2LiOH + Н₂↑;

Н₂О + SO₂ = H2SO₃; 2Н₂O + Са = Са (ОН)₂ + Н₂↑.

Вода утворює численні сполуки-гідрати (кристалогідрати). Наприклад:

Н₂O + H₂SO₄ = H₂SO₄ ∙ Н₂O;

10Н₂О + Na₂CO₃ = Na₂CO₃ ∙ 10Н₂О;

Н₂O + NaOH = NaOH • Н₂O; 5Н₂O + CuSO₄ = CuSO₄ ∙  5Н₂О.

Очевидно, сполуки, що зв’язують воду, можуть використовуватись як осушники. Серед інших осушувальних речовин можна зазначити Р₂O5, СаО, ВаО, металічний натрій (вони також хімічно взаємодіють з водою) і силікагель.

До важливих хімічних властивостей води належить її здатність вступати в реакції гідролітичного розкладу

Властивості води

Вода – загадкова речовина, не підкоряється багатьом фізико-хімічним закономірностям, справедливим для інших з'єднань, тому що сила взаємодії її молекул надзвичайно велика і потрібен особливо інтенсивний тепловий рух молекул, щоб перебороти додаткове притягання. У силу цього й ряду інших причин вода проявляє різні аномальні властивості (рис. 48), які необхідно знати й ураховувати в роботі технологові харчової промисловості:

· вода – єдина у світі речовина, що при заморожуванні збільшується в обсязі;

· у найбільш важливому для м'ясного виробництва температурному діапазоні від 0° до +4 °С (умови охолодження, зберігання, засолу, кутерування, готування розсолів і т.д.) у води міняється структура й характер взаємодії водневих зв'язків, у зв'язку із чим:

а) щільність її зростає;

б) швидкість протікання практично всіх фізико-хімічних і біохімічних реакцій різко падає.

Остання обставина є особливо важливою.

· вода має виражену змочувальну здатність і після ртуті має найвище значення сили поверхневого натягу. Поверхневий натяг і змочування дозволяють воді всупереч силі ваги підніматися по тонких трубках (капілярам) на 10…12 м і міцно втримуватися в них. Даний факт має досить істотне значення при регулюванні кількісної частки капілярної вологи в технології цільном’язових і реструктурованих м'ясопродуктів;

· вода є універсальним середовищем, у якому в тому або іншому ступені здатні розчинятися практично всі речовини, що є присутніми у навколишньому середовищі. У процесі розчинення відбувається, як правило, зміна температури: частіше виділяється тепло (гідратація крохмалю, білоквмісних препаратів ), рідше – температура води знижується (розчинення кухонної солі). У процесі розчинення іони, що надійшли в розчин, і молекули обволікаються молекулами води, у результаті чого може відбуватися як ущільнення води (коли її обсяг зменшується), так й її розширення (зі збільшенням обсягу);

· вода – інертний розчинник й, як правило, не вступає в реакцію з розчиненою речовиною, що особливо важливо для живих організмів, оскільки в них вода виступає переважно як переносник життєво необхідних енергетичних, пластичних і регуляторних з'єднань;

· вода володіє найбільшою із всіх відомих твердих і рідких речовин теплоємністю й теплопровідністю. Для нагрівання 1 грама води на 1 °С необхідна 1 кал (4,2 Дж) енергії, що вдвічі перевищує теплоємність будь-якої іншої хімічної сполуки. Теплоємність льоду при 0 °С майже в чотири рази вище, ніж у води при цій же температурі, тобто лід проводить тепло значно швидше, ніж вода, що перебуває в м'язовій тканині. Дану обставину варто враховувати при виборі параметрів дефростації, кутерування, заморожування;

· рівень теплоємності води варіює залежно від температури середовища: в інтервалі температур від 0° до +37 °С теплоємність падає; у діапазоні від +37° до + 100 °С – зростає. Із практичної точки зору це означає, що легше всього вода нагрівається й швидше всього охолоджується у своєрідному температурному діапазоні 35…40 °С; у цьому ж інтервалі найбільше інтенсивно протікають хімічні й біохімічні реакції;

· лід – унікальний стан води. При замерзанні й переході у твердий стан вода збільшується в об’ємі на 9%; щільність льоду нижче, ніж у води при тій же температурі. Є ще одна виняткова особливість властивостей льоду: неординарний характер зміни величини теплоти плавлення льоду від рівня його температури. Зокрема, для розплавлювання 1 кг льоду, взятого з різною вихідною температурою, потрібні наступні кількості теплоти: лід з температурою -13 °С – 310,7 кДж, лід з температурою -7 °С – 323,2 кДж, лід з температурою 0 °С – 340,0 кДж