Apa, H2O. - Molecula de apa

Apa, H O.

Combinatie oxigenata a hidrogenului (oxid de hidrogen). Molecula de apa are forma unghizlara unghiuzl valentelor oxigenului este de 104,5 grade.

Stare naturala.

Apa este cea mai raspandita substanta compusa, ocupand din suprafata globului terestru. Ea sustine factorul principal al intretineri si dezvoltari vietii, fiind de o importanta primordiala. Multa vreme apa a fost considerata drept un element, si anume pana in anul 1783, cand Lavoisier dovedeste pe cale experimentala ca apa este o substanta compusa, trecand vaporii de apa peste fier inrosit

4H2O(vapori) + 3Fe(inrosit) Fe O + 4H

In natura, apa se gaseste in toate cele trei stari de agregare: solida (gheata, zapada, grindina), lichida (apa de ploaie, ape subterane, oceane, mari, lacuri, rauri, fluvii etc.) si gazoasa (vapori de apa din atmosfera).

Se mai gaseste in organisme animale si vegetale, cum si in cristalohidrati sub forma de apa de cristalizare.

Apele naturale contin dizolvate cantitati variate de diferite substante. Apese care contin dizolvate cantitati mici de saruri se numesc ape moi, spre deosebire de apele dure, care au un procent ridicat in saruri, mai ales de calciu si magneziu.

Dintre toate apele naturale, apa de ploaie este cea mai curata. Ea dizolva in drumul sau spre atmosfera mai ales dioxid de carbon, iar in regiunile industriale, dioxid de sulf si hidrogen sulfurat.

O parte din apa cazuta pe pamant cu un continut ridicat de dioxid de carbon, strabatand straturile de pamant, dizolva carbonatii de calciu si magneziu, transformandu-I in carbonati acizi solubili.

In contact cu aerul, carbonatul acid de calciu, din aceasta apa, se descompune trecand in carbonat neutru (calcar), dand nastere fenomenelor carstice (stalactite si stalagmite) din pesteri.

Daca intalnesc straturi impermiabile (argiloase), aceste ape se aduna, formand ape subterane (ape freatice) din care isi au originea izvoarele, puturile si fantanile arteziene.

Compozitia apelor subterane este variabila, depinzand nu numai de compozitia chimica a straturilor pe care le-a strabatut, ci si de timpul cat au stat in contact cu ele. Apele subterane iesind la suprafata pamantului, dizolvand saruri, formeaza izvoare minerale. Cand temperatura acestora este ridicata, uneori pana la 100 de grade, ele se numesc izvoare termale.

Apele minerale, dupa felul substantelor dizolvate, se clasifica astfel

-ape carbogazoase (contin dizolvant dioxid de carbon)

-ape alcaline (contin bicarbonat de sodiu)

-ape sulfuroase (contin sulfuri alcaline) etc.

Apa potabila (apa de baut). O apa pentru a fii buna de baut trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:sa fie limpede, fara culoare, fara miros, sa contina aer dizolvat si cantitasi mici de saruri, pana la o contraventie de 0,5%, mai ales NaCl si NaHCO , circa 600 mg/l; sa aiba o temperatura intre 8 si 12 grade si sa nu contina bacterii patogene. Apa potabila se obtine la sate, din izvoare sau fantani, iar la orase din apa raurilor, care trebuie sa fie prealabil purificate. Purificarea se face in trei feluri mecanic, chimic si biologic. In acest scop apa de rau este adusa cu o pompa dintr-un bazin de amestecare unde este tratata mai intai cu cantitati mici de sulfat de aluminiu, care reactioneaza cu apa, dand un precipitat voluminos de hidroxid de aluminiu.

Precipitatul de hidroxid de aluminiu antreneaza particulele care se gasesc sub forma de suspensie, contribuind astfel la depunerea lor in bazinul de decantare.

Dupa decantare, apa este filtrata prin straturi de pietrisi si nisip si apoi trece in vasul de clorurare, unde este sterilizata in scopul distrugerii bacteriilor patogene. Sterilizarea se poate face cu ajutorul clorului, ozonului, hipocloritilor sau cu radiatii ultraviolete. In cazul clorurarii, aceasta se face injectand clor gazos. Pentru sterilizarea completa a apei, cantitatea de clor necesara este de circa 0,7 g t. Nu trebuie fii folosit un exces de clor, deoarece apa capata in acest caz un miros si un gust neplacut, dupa cum nici purificarea mecanica sau chimica nu trebuie efectuate intr-un grad prea mare, deoarece o apa lipsita de saruri are un gust fad si nu este recomandata ca apa potabila ea fiind indigesta.

Apa industriala. Apa industriala se foloseste la alimentarea cazanelor cu abur, la racirea masinilor, precum si in diferite procese de fabricatie. Ea trebuie sa indeplineasca anumite conditii de puritate cerute de specificul industriei in care este folosita.

Apa dura. Apa dura contine un numar relativ ridicat de saruri de calciu si magneziu.

Apa dura nu este buna de baut, avand un gust neplacut, nu face spuma cu sapunul si nu fierbe bine legumele. Ea depune prin fierbere, pe peretii vaselor sau a cazanelor, o crusta aderenta, care micsoreaza transmisia caldurii, determinand astfel o crestere a consumului de combustibil.

Apa pura. Se stie ca in natura nu exista apa in stare pura deoarece contine substante dizolvate, microorganisme etc. Apa pura se obtine prin distilare. In acest scop, se foloseste un aparat de distilare in care apa naturala se transforma in vapori prin fierbere, iar vaporii rezultati se condenseaza prin racire. Apa distilata nu este buna de baut deoarece nu contine saruri minerale si de aceea nu are gust si este indigesta. Apa distilata pura se intrebuinteaza in laboratoare de chimie la prepararea solutiilor apoase si in farmacie.

Apa bidistilata. Aceasta apa este complet lipsita de impuritati. Se obtine prin distilarea apei distilate (pure) in vase de sticla in care se adauga KOH si KMNO acesti reactivi distrug microorganismele si urmele de substante organice aflate in apa. Este intrebuintata la analize chimice speciale, in cercetari stiintifice si in industria medicamentelor.

Structura si dimensiunile moleculei de apa.

Fiecare atom de hidrogen este legat covalent de atomul de oxigen. Molecula de apa fiind formata din atomi diferiti, electronii celor doua covalente nu sunt egali repartizati intre nucleele atomilor respectivi, ci sunt usor deplasati spre atomul de oxigen astfel centru de greutate al sarcinilor electrice pozitive nu coincide cu centrul de greutate al sarcinilor electrice negative. Se spune ca molecula de apa este o molecula polara, adica un dipol.

Unghiul celor doua drepte care unesc cei doi protoni cu nucleul atomului de oxigen este de 104,5 A, iar distata O-H este de 0,96 A.

Atat in stare lichida cat si in stare solida apa prezinta fenomenul de asociatie moleculara (moleculele de apa sunt legate intre ele prin punti de hidrogen extramoleculare). In apa lichida puntea de hidrogen se formeaza intre atomul de hidrogen al unei molecule de apa si atomul de oxigen al moleculei de apa urmatoare.

In cazul apei, formarea moleculelor asociate de apa se poate reprezenta prin urmatoarea ecuatie reversibila: xH O (H O)x. Dintre moleculele asociate de apa cea mai mare stabilitate o au moleculele dimerizate (H O)2, numite dihidroli. La zero grade apa este formata mai ales din trihidoli (H O)3, iar la 100 de grade din molecule simple(H O).

Din fenomenul asociatiei moleculare de apa anomaliile proprietatilor ei: punctul de topire si de fierbere al apei sunt foarte inalte fata de acelea ale compusilor corespunzatori ai elementelor invecinate, caldura specifica, permitivitate (constanta dielectrica).

Proprietati fizice. Apa la temperatura obisnuita, in strat subtire, este un lichid fara culoare, dar privita in straturi mai groase are culoarea albastruie. Apa potabila are gust placut si nu are miros. Punctul de solidificare al apei la presiune normala serveste ca punct zero in scara termometrica a lui Celsius, iar punctul de fierbere este notat cu +100 de grade la aceeasi scara. La temperatura de +4 grade (mai exact 3,98 de grade), apa are densitatea maxima de 1g cm3. Aceasta proprietate este de mare importanta in mentinerea vietii plantelor si a animalelor acvatice in timpul iernii deoarece la fundul apelor unde densitatea este maxima, temperatura nu scade sub +4 grade.

Apa, avand o caldura specifica mare (la +15 grade este de 1cal/g), superioara uscatului, se incalzeste si se raceste mult mai greu decat aceasta, din care cauza varietatile ei termice sunt incomparabil mai mici decat ale uscatului. Datorita acestei proprieta-I, apa are un rol insemnat in reglarea temperaturii aerului.

Prin inghetare, apa isi mareste volumul cu 9%, ceea ce explica de ce crapa pietrele de ger si se sparg conductele, cazanele etc., cand ingheata apa in ele.

In apa se dizolva un mare numar de combinatii chimice, atat minerale (acizi, baze si saruri anorganice) cat si organice. Aceasta proprietate are o mare importanta in tehnica, deoarece cele mai multe reacti chimice au loc in solutii apoase.

Ionii prezenti intr-o solutie apoasa se hidrateaza cu un numar determinant de dipoli de apa in jurul lor: campul electri din jurul fiecarui ion exercita o atractie electrostatica asupra moleculelor polare ale apei si astfel, in jurul unui ion pozitiv se grupeaza molecule de apa cu extremitatea negativa a momentului lor electric indreptata spre centrul ionului pozitiv si invers. Numarul dipolilor de apa polarizati in jurul ionilor din solutie depinde in primul rand de natura ionilor.

Ionii hidratati antreneaza moleculele de apa in miscarile lor si din aceasta cauza mobilitatea lor scade. Apa se de hidratare nu este legata cu aceasi energie in toti compusii in care intra. Dupa puterea ei de legare, deosebim apa de constitutie, apa de anioni, apa de retea si apa de roci (apa zeolitica).

Apa de cristalizare.

Dintre compusi, sarurile mai ales, formeaza cu apa cristalohidrati in care apa de cristalizare este inclusa in reteaua cristalina.

Uneori aceeasi substanta crtistalizeaza in conditii diferite, dand cristalohidrati diferiti, care au solubilitati deosebite.

Cand o sare formeaza mai multi cristalohidrati, cristalohidratul cel mai bogat in apa de cristalizare etse stabil la temperatura mai joasa. Prin incalzire, acesta pierde apa, transformandu-se in cele din urma in sarea anhidra corespunzatoare.

Daca se lasa sa stea la aer cateva granule de clorura de calciu anhidra, acesta absoarbe vaporii de apa din aer, transformandu-se in monohidrat, in dihidrat si apoi in hexahidrat. Se spune ca clorura de calciu este higroscopica, adica are proprietatea de a absorbii vaporii de apa din aer. Lasand in continuare cristalele sa stea in aer, acestea continua sa absoarba apa, in care se dizolva pana in cele din urma. Aceasta transformare se numeste delicvescenta.

In opozitie cu insusirea cloruri de calciu, se comporta clorurile de sulfat de sodiu, sau de carbonat de sodiu, care, fiind lasate in aer, pierd treptat apa de cristalizare, transformandu-se in cela din urma intr-o pulbere fina. Aceasta proprietate de a pierde apa de cristalizare se numeste eflorescenta.

Proprietati chimice. Experientele au dovedit ca apa este o combinatie chimica cu molecula foarte stabila. Ea poate fii descompusa prin disociatie termica, sau cu ajutorul curentului electric, prin electroliza. Prin descompunerea apei acidulate sau alcalinizate, in voltmetru la electrodul negativ (catod) se degaja hidrogen si la electronul pozitiv (anod), oxigen. Masurand cantitatea acestora se constata ca raportul dintre volumul hidrogenului si volumul oxigenului este de 2 1. Deci, analiza ei prin electroliza demonstreaza ca aceasta substanta este alcatuita din doua volume de hidroge si un volum de oxigen.

Compozitia chimica a apei se poate determina prin sinteza, adica prin combinarea elementelor componente. In acest scop se foloseste un dispozitiv simplu numit eudiometru.

Compozitia apei se poate exprima si in % de greutate: in apa hidrogenul si oxigenul se gasesc in raportul de greutate 11,1 :88,9, adica apa este compusa din 88,9% oxigen, si 11,1% hidrogen sau 8 parti in greutate oxigen pentru 1 parte in greutate hidrogen.

Din punct de vedere chimic, apa este o substanta foarte reactiva ea participa la numeroase reactii. Astfel, apa rectioneaza cu unele metale, chiar la temperatura obisnuita, dezvoltand hidrogen

2H O + 2Na H + 2NaOH.

Apa reactioneaza si cu unele nemetale. Astfel, vaporii de apa reactioneaza cu carbunii inrositi, formand oxid de carbon si hidrogen (gazul de apa).

H O + C = H + CO.

Apa oxigenata.

Stare naturala. Se gaseste in cantitati foarte mici in straturile superioare ale atmosferei de unde trece apa de ploaie precum si in sucul unor plante.

Preparare. Se poate prepara prin mai multe metode

1.Prin actiunea apei sau acizilor asupra peroxizilor metalici.

2.Prin hidroliza acidului dipersulfuric, sau a sarii lui de amoniu.

3.Prin actiunea hidrogenului atomic asupra oxigenului molecular.

Proprietati fizice. In stare pura, apa oxigenata este un lichid siropos, incolor in strat subtire in strat gros are culoare albastra se solidifica la -1 grad, formand cristalele prismatice albe. Se amesteca cu apa in orice proportie.

Solutia apoasa de 30% se numeste perhidrol. Apa oxigenata "medicinala este o solutie de 3% in apa.