Хімічні реакції за участю води
Вода бере участь у безлічі хімічних реакцій як розчинник, реагенту або продукту. Вище ми вже обговорили властивості води як розчинника. Вода є продуктом багатьох неорганічних і органічних хімічний реакцій. Наприклад, вона утворюється при нейтралізації кислот і підстав. У органічної хімії багато реакції конденсації супроводжуються відщепленням (елімінування) молекул води. Існує чотири типи найважливіших хімічних реакцій, в яких вода бере участь в якості реагенту.
Кислотно-основні реакції. Вода має амфотерні властивості. Це означає, що вона може виступати як в ролі кислоти, так і в ролі підстави. Її амфотерні властивості обумовлені здатністю води до самоіонізаціі:
2Н2О (ж.) = Н3О + (водн.) + ОН- (водн.)
Це дозволяє воді бути, з одного боку, акцептором протона:
НСl + Н2О = Н3О + + Сl
а з іншого боку-донором протона:
NH3 + Н2О = NH4 + ОН-
Окислення і відновлення. Вода має здатність виступати як в ролі окислювача, так і в ролі відновника. Вона окисляє метали, розташовані в електрохімічному ряді напруг вище олова. Наприклад, в реакції між натрієм і водою відбувається наступний окислювальний процес:
Nа (тв.) = Na + (водн.) + Е
У цій реакції вода відіграє роль відновника:
2Н2О (ж.) + 2е = 2ОН- (водн.) + Н2 (г.)
Іншим прикладом подібної реакції є взаємодія між магнієм і водяною парою:
Мg (тв.) + Н20 (г.) = МgО (тв.) + Н2 (г.)
Вода діє як окислювач в процесах корозії. Наприклад, один з процесів, що протікають при корозії заліза, полягає в наступному:
2Н2О + О2 + 4е = 4ОН-
Вода є важливим відновником в біохімічних процесах. Наприклад, деякі стадії циклу лимонної кислоти включають окислення води:
2Н2О = О2 + 4Н + + 4е-
Цей процес електронного переносу має також велике значення у відновленні органічних фосфатних сполук при фотосинтезі. Цикл лимонної кислоти і фотосинтез є складні процеси, що включають ряд послідовно протікають хімічних реакцій. В обох випадках процеси електронного перенесення, що відбуваються в них, ще не повністю з'ясовані.
Гідратація. Вище вже зазначалося, що молекули води здатні сольватованих як катіони, так і аніони. Цей процес називається гідратацією. Гидратная вода в кристалах солей називається кристаллизационной водою. Молекули води зазвичай пов'язані з сольватіруемим ними катионом координаційними зв'язками.
Гідроліз. Гідроліз є реакцією будь-якого іона або молекули з водою. Прикладом реакцій цього типу може бути реакція між хлороводородом і водою з утворенням соляної кислоти. Інший приклад-гідроліз хлориду заліза (III):
FеС13 (водн.) + ЗН2О (ж.) = Fе (ОН) 3 (тв.) + ДТ + (водн.) + ЗСl (водн.)
Гідроліз органічних сполук також широко поширений. Один з найбільш відомих прикладів-гідроліз етилацетату (етілатаноата, етилового ефіру оцтової кислоти):
СН3СООС2Н5 (етилацетат) + Н2О = СН3СООН (Оцтова кислота) + С2Н5ОН (Етанол)