Глава II.21 Вода. Основания

В природе химически связанная вода присутствует не только в живых организмах, но и в различных минералах, например в гипсе (CaSO₄ ∙ 2Н₂О), мирабилите, или глауберовой соли (Na₂SO₄ ∙ 10H₂O), и др. Такая вода не учитывается в объёме гидросферы.

Из курса географии вы знаете, что гидросфера состоит из Мирового океана и вод суши. Общий объём её около 1400 млн км³, из которых на долю Мирового океана приходится 95$$%. Доля материковых вод составляет лишь 3,5$$%, из которых 1,7$$% – льды и постоянные снега (Антарктида, Гренландия), и только 1,7$$% – жидкая вода подземных рек, озёр, болот и других водоёмов. Часть воды гидросферы присутствует в атмосфере в виде водяного пара.

Древние греки называли океан «река, обтекающая землю», и в этом представлении – глубокая мудрость предков. Они предвосхитили современное ви́дение Мирового океана как сплошной водной оболочки, в которой материки не более чем крупные острова в океане.

На долю океана приходится 361 млн км² из 510 млн км² общей площади поверхности Земли, т. е. 70,8$$$$%. Очевидно, более точно нашу планету стоило бы называть «планета Океан».

Вода Мирового океана распределена на поверхности Земли очень неравномерно. Её можно разделить на два полушария так, что на одном из них окажется наибольшая часть водной поверхности, а на другом – наибольшая часть суши. Первое обычно называют Океаническим полушарием, второе – Материковым. Важно подчеркнуть, что в Материковом полушарии на долю океана приходится 53$$%,  а в Океаническом полушарии на долю суши – лишь 9$$%.

Мировой океан и сушу связывает непрерывный круговорот воды (рис. 62). Он состоит из испарения воды с поверхности Мирового океана, переноса влаги в атмосфере, выпадения осадков в океан и на сушу, просачивания осадков с поверхностного и подземного стоков снова в океан. Таким образом происходит постепенное обновление воды в гидросфере.

Физические свойства. Чистую воду получают, как вы знаете, перегонкой, или дистилляцией, природной воды. Её так и называют: дистиллированная вода. Это бесцветная, прозрачная жидкость с плотностью 1 г/мл, которая кипит при температуре 100 °С и замерзает при температуре 0 °С. Замечательное свойство воды растворять большое число химических соединений отражает таблица растворимости.

Все жидкости достаточно равномерно расширяются с повышением температуры. Исключение составляет вода: она расширяется только при нагревании свыше 4 °С. При нагревании от 0 до 4 °С вода сжимается, её объём уменьшается, а плотность увеличивается. Наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Эта особенность теплового расширения воды играет важную роль в формировании климата Земли, так как бо́льшая часть поверхности Земли покрыта водой.

Химические свойства. Вспомните взаимодействие оксида фосфора(V) с водой. Связываясь с оксидами неметаллов, вода образует кислоты. Так, с оксидами серы она образует сернистую и серную кислоты:

$\begin{array}{c}{\mathrm{SO}}_2\\ \mathrm{оксид}\\ \mathrm{серы}\left(\mathrm{IV}\right)\end{array} \begin{array}{c}{+}_{}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{=}_{}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\\ \mathrm{сернистая}\\ \mathrm{кислота}\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{SO}}_3\\ \mathrm{оксид}\\ \mathrm{серы}\left(\mathrm{VI}\right)\end{array} \begin{array}{c}{+}_{}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{=}_{}\\ \\ \end{array}\begin{array}{c}{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\\ \mathrm{серная}\\ \mathrm{кислота}\end{array}$

Эти реакции – причина возникновения так называемых кислотных дождей.

А какие продукты образуются при взаимодействии оксидов активных металлов (IА- и IIА-групп, начиная с кальция) с водой?

Если взять белое тугоплавкое вещество – оксид кальция, или негашёную известь, и добавить к нему воду, можно увидеть протекание бурной реакции с выделением большого количества теплоты:

$\begin{array}{c}{\mathrm{СаО}}_{}\\ \mathrm{оксид}\\ \mathrm{кальция}\end{array}\begin{array}{c}{+}_{}\\ \\ \end{array}\begin{array}{c}{\mathrm{Н}}_2\mathrm{О}\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{=}_{}\\ \\ \end{array}\begin{array}{c}\mathrm{Са}{\left(\mathrm{ОН}\right)}_2\\ \mathrm{гидроксид}\\ \mathrm{кальция}\end{array}$

Реакция, как вы знаете, носит образное название «гашение извести», а полученный продукт – «гашёная известь». Это соединение построено из атомов металла и группы атомов, которую называют гидроксогруппой. Гидроксогруппа одновалентна, поэтому с двухвалентным кальцием связаны две такие группы (а с одновалентным натрием – одна: NaOH).

Такие вещества относятся к классу оснований.

Обратимся к таблице растворимости. По растворимости в воде все основания делят на две группы: растворимые основания, или щёлочи, и нерастворимые основания.

Растворимые основания в растворе имеют щелочную среду, её определяют с помощью индикаторов (табл. 7).

Таблица 7

Изменение окраски индикаторов в различных средах

<img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"" src="https://school.mos.ru/vrlabs/schoolbook/storage/textbooks/95/images/auzRyNt822o1QLN3KZeX.png" alt width="864" height="245">

Нерастворимые в воде основания, например гидроксид железа(II) Fe(OH)₂ и гидроксид хрома(II) Cr(OH)₂, гидроксид меди(I) CuOH и гидроксид меди(II) Cu(OH)₂, не изменяют окраску индикаторов.

Среди оснований наибольшее практическое значение имеют щёлочи.

Гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия KOH. Представляют собой твёрдые белые гигроскопичные (поглощающие воду) вещества, которые хорошо растворяются в воде с выделением большого количества теплоты. Эти основания называют едкими щелочами, так как они разъедают кожу, ткань, бумагу и другие материалы. Гидроксид натрия необходим для получения мыла, бумаги, картона, искусственных волокон. Гидроксид калия применяют при производстве шампуней, жидкого мыла, отбеливателей, средств для бритья, а также в качестве пищевой добавки Е525 при производстве шоколада.

Гидроксид кальция Сa(OH)₂. Применяется в строительстве, для побелки деревьев, для получения дезинфицирующего вещества – хлорной извести.

Прозрачный раствор гидроксида кальция называют известковой водой и используют для распознавания углекислого газа (рис. 63).