1.3.2. 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 ДH₂₉₈ = - 241,99 кДж/моль і ДH₂₉₈ = - 239,03 кДж/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/1000 г 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 0,101 МПа становить 1,23 В. 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);

3 Fe + H₂O = Fe₃O₄ + 4 H₂;

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

CaH₂ + 2 H₂O = Ca(OH)₂ + 2 H₂;

2 Na +2 H₂O = 2 NaOH + H₂;

Ca + 2 H₂O = 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:

2 P + 6 H₂O = HPO₃ + 5 H₂.

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 + 2 H₂O = 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.

В результаті техногенної діяльності людини, особливо в останні десятиріччя, практично вся прісна вода підземних і поверхневих вод Землі виявилася забруднена речовинами – ксенобіотиками, які є непотрібними для організму людини (гербіциди, пестициди, нітрати, нітриди, продукти переробки нафти та інші). В процесі біотрансформації забруднюючої речовини можуть розпадатися на більше токсичні речовини ніж вихідні сполуки. Речовини ксенобіотики виявляють поганий вплив на імунну систему людини, спричиняють до різного роду органічним і функціональним розладам. Окрім цього в воді збільшився вміст іонів, які виявляють токсичну дію на організм людини навіть в самих малих концентраціях (Hg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺), а також збільшилися до шкідливих концентрацій іонів корисних речовин в мікроскопічних дозах (Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ і інші). В залежності від негативної дії на організм людини метали розташовуються в ряду послідовності, який називається рядом токсичності металів: Hg > Ag > Cu > Zn > Ni > Pb > Cd > As > Cr > Sn > Fe > Mn >Al > Be > Li. В приведеному ряду елемент більш токсичний ніж наступний.

Склад питної вода у відповідності з нормами ВОЗ, США і України приведений в таблиці 1.3.

Намагаючись споживати якісну питну воду і розуміючи, що підземні джерела, які виходять на поверхню, можуть мати таку воду в багатьох містах люди споживають воду з міських джерел. Такі джерела, особливо неглибокого залягання на міський території можуть мати в своєму складі мутагенні речовини, небезпечні токсини. Окрім цього такі джерела не мають захисту від патогенних мікроорганізмів і вірусів, не належно обладнані в вигляді бювету.

Таблиця 1.3. Показники питної води за стандартами ВОЗ, США, України.

Характеристики води	Допустимі концентрації по нормам в мг/л
	ВОЗ	США	Україна
Запах (бали)	–	не застерігається	до 2
Мутність	10	5	до 2
pH	–	–	6,5 – 9,5
Хлориди	350	250	до 350
Фториди	1,5	0,5 – 1,7	0,5 – 1,5
Сульфати	250	250	до 500
Нітрати	50	45	до 10
Кальцій	30 – 125	–	60
Магній	30 – 155	–	12,5
Жорсткість (мг-екв)/л	2 – 10	–	до 7
Сухий залишок	–	500 – 1000	до 1000
Залізо	0,1	0,3	до 0,3
Марганець	0,1	0,05	до 0,1
Мідь	0,05 – 3,0	1,0	до 1
Цинк	5,0	5,0	до 5,0
Свинець	0,1	0,05	до 0,03
Арсен	0,2	0,01 – 0,05	до 0,05
Селен	0,05	0,01	до 0,01
Хром	0,05	0,05	до 0,05
Кадмій	0,05	0,01	до 0,01
Срібло	–	0,05	до 0,05
Барій	–	1,0	–
Ціаніди (CN)	0,01	0,01 – 0,2	до 0,01
Феноли	0,001	0,001	до 0,01
Детергенти	–	–	до 0,2
Вільний хлор	–	–	0,3 – 0,5
ДДТ	–	–	0,03
Озон	–	–	0,1
Ртуть	–	–	0,0005

В таблиці 1.3 приведені дані про кількісний склад хімічних елементів в джерелах на міській території Харкова.

В наш час в Харкові поширене розвезення і продаж води в автомобільних цистернах в тару споживачів.