Strucura moleculara de apa - Interpretarea legaturi ionice

Strucura moleculara de apa

In molecula de apa, nucleele celor doi atomi de hidrogen formeaza cu centrul atomului de oxigen un unghi de 104⁰54'. Ca urmare a acestei structuri molecula de apa are un moment electric pronuntat.

Molecula de apa nu contine atomul de oxigen in stare fundamentala-dovada ca unghi dintre legaturile O₂-H₂, este de 90⁰- ci intr-o stare de hibridizare de tip practic sp³. Doi din acesti orbitali sunt de legatura si formeaza cu cate un orbital de la cei 2 atomi de H, doi orbitali moleculari localizati, adica doua legaturi dicentrice. La atomul de O₂ mai raman doi orbitali moleculari de nelegatura.

Pentru explicarea particularitatilor apei ca: densitate maxima la 4⁰C, cresterea volumui la trecerea apei in stare solida, valoarea ridicata a caldurilor latente de topire si de vaporizare etc. s-a admis ca moleculele de apa sunt prin legaturi de H₂.

Interpretarea legaturi ionice

H: 1s₁;      8O: 1s²2s²2p⁴

Se formeaza doua legaturi covalente polare O₂-H₂. Molecula de apa este covalenta polara; este un dipol.

Compozitia apei pure

Stabilirea compozitiei apei se poate face pe cale de analiza sau pe cale de sinteza.

Molecula de apa fiind foarte stabila, descompunerea apei in componentele ei poate fi realizata prin disociere termica la temperaturi inalte. (peste 1000⁰C):

sau prin electroliza. In laborator se poate folosi in acest scop voltametrul.

Pentru stabilirea compozitiei apei pe cale de sinteza, in laborator se foloseste eudiometrul.

2. Stare naturala

Apa este una dintre cele mai raspandite substante in natura, mai ales in stare lichida-forma in care acopera mai mult de 2/3 din suprafata globului terestru, alcatuind apele de suprafata.

Se poate observa un circuit al apei in natura. Caldura soarelui cauza evaporarea apelor de suprafata, iar vaporii formati se ridica in atmosfera. Daca in atmosfera saturata cu vapori de apa intervine o scadere de temperatura, o parte din vapori se condenseaza si iau forma de nori, ceata, ploaie, zapada, grindina; in timpul noptilor racoroase din anotimpurile calduroase se depune roua, iar cand temperaturile solului este sub 0⁰C, se depune bruma- toate acestea formeaza apele meteorice.

Apele cazute pe pamant sau rezultate din topirea zapezilor, in parte umplu din nou lacurile, raurile, marile si oceanele, iar in parte strabat prin straturile de pamant la adancimi diferite, formand apele freatice. Daca in calea lor intalnesc un strat impermeabil, cum ar fi un strat de argila, ele se aduna acolo si formeaza ape subterane.

Daca apele subterane, circuland prin diferite straturi, se apropie din nou de suprafata si ies din pamant, se formeaza izvoare subterane.

In natura apa nu este chimic pura. Apele naturale contin cantitati variate de diferite substante: gaze si saruri dizolvate, substante organice si bacterii. Cand contin dizolvate cantitati mici de saruri se numesc ape moi, iar cand contin dizolvate cantitati mari de saruri, mai ales de calciu si de magneziu, se numesc ape dure.

Apa de ploaie este cea mai curata dintre toate apele naturale. Fiind insa in contact prelungit cu aerul, ea contine dizolvate componentele acestuia, cum si diferite impuritati din aer, ca: dioxid de carbon, amoniac, acid azotic, iar in regiunile industriale sau le oraselor mari, dioxid de sulf, hidrogen sulfurat, etc.

Apele subterane au compozitia cea mai variata dintre toate apele naturale; cantitatea si natura substantelor dizolvate depind de natura straturilor de pamant strabatute si de timpul cat apele au fost in contact cu ele. Apele subterane care contin dizolvate in molecula lor cantitati mai mari de diferite substante solide sau gazoase, ajungand la suprafata si formeaza izvoarele de ape minerale.

3-4. Proprietatile fizice si chimice.

Apa pura este un lichid fara miros si gust are o nuanta albastruie care poate fi observata numai la straturi de o adancime considerabila. La presiunea atmosferica standard (760 mm coloana de mercur sau 760 torr) temperatura de inghetare este de 0^oC (32^oF), iar punctul de fierbere de 100^o C (212 ^o F). Apa atinge densitatea maxima la 4^o C (39 ^o F) si se extinde la inghetare. Ca majoritatea lichidelor , apa poate exista intr-o stare supraracita , adica poate ramane in stare lichida sub punctul sau de inghet. Apa poate fi usor racita la circa -25^o C (-13^o F) fara a ingheta , in conditii de laborator sau chiar in atmosfera. Apa supraracita va ingheta daca este agitata , daca se coboara temperatura mai mult , sau daca se adauga un cristal de gheata sau o alta particula. Proprietatile fizice ale apei sunt folosite ca standard pentru a defini , caloria , caldura specifica si latenta , precum si pentru definirea originala a unitati de masa , gramul.

Apa este unul dintre cei mai cunoscuti agenti de ionizare. Deoarece majoritatea substantelor sunt intr-o oarecare masura solubile in apa , adesea apa este considerata ca solventul universal. Apa se combinata cu anumite saruri pentru a forma hidranti. Reactioneaza cu oxizi de metal pentru a forma acizi. Joaca rol de catalizator in multe importante reactii chimice.

Experimental s-a demonstrat ca apa este o combinatie chimica foarte stabila. Ea poate fi descompusa la peste 1000⁰C sau cu ajutorul curentului electric:

2H₂O = 2H₂+ O₂

Apa este foarte reactiva din punct de vedere chimic. Ea reactioneaza in anumite conditii cu metalele, nemetalele, oxizii bazici, oxizii acizi, cu unele saruri.

a) Actiunea apei asupra metalelor

Metalele: potasiu, calciu, sodiu reactioneaza violent cu apa, la rece, cu formare de hidroxid si degajare de hidrogen.

Na + H₂O = NaOH + 1/2H₂

Magneziul reactioneaza cu apa la cald sau in stare de vapori:

Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂

Aluminiul este atacat de apa numai daca este curatat de stratul protector de oxid:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Fierul inrosit reactioneaza cu apa in stare de vapori si formeaza oxid feroferic (oxid al Fe II si Fe III):

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂

Plumbul, cuprul, mercurul, aurul, argintul nu sunt atacate de apa sau de vaporii acestuia.

Unele metale se corodeaza in prezenta apei. Atacul este mai puternic in prezenta oxigenului si a dioxidului de carbon.

b) Actiunea apei asupra nemetalelor

Clorul in reactie cu apa formeaza apa de clor:

Cl₂ + H₂O = HCl + HclO

HclO = HCl + [O]

Trecand un curent de vapori de apa peste cocs(carbon) la temperatura de cel putin 1000⁰C se formeaza un amestec de monoxid de carbon si hidrogen, denumit gaz de apa. Reactia are importanta industriala:

C + H₂O = CO + H₂

c) Actiunea apei asupra oxizilor

Apa reactioneaza cu oxizii metalici solubili cu formare de hidroxizi.

Una dintre reactiile cu importanta practica o constituie stingerea varului, reactie puternic exoterma.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q

Hidroxidul de calciu obtinut este relativ putin solubil in apa si de aceea la stingerea varului se obtine asa-zisul lapte de var, care reprezinta o suspensie fina de Ca(OH)₂ intr-o solutie saturata de hidroxid de calciu.

La dizolvarea dioxidului de sulf in apa are loc si o reactie chimica din care rezulta o solutie acida, acid sulfuros.

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Reactia cu carbidul sau carbura de calciu la CaC₂ duce la formarea acetilenei, substanta organica utilizata la sudarea si taierea metalelor in suflatorul oxiacetilenic:

CaC₂ + 2H₂O = HC +CH + Ca(OH)₂ + Q.

Utilizari

Rolul apei in organism

Apa reprezinta un excelent dizolvant pentru multe substante si este mediul in care se desfasoara cele mai multe reactii chimice legate de metabolismul substantelor si deci de viata.Rolul apei in organismul uman este foarte mare.Chimistii stiu foarte bine ce se intampla cand vor ca doua substante sa reactioneze intre ele.De exemplu din carbonatul de sodiu si sulfatul de cupru (piatra vanata) va rezulta carbonat de cupru si sulfat de sodiu.Daca se amesteca cele doua pulberi pur si simplu aceasta reactie nu va avea loc.Este nevoie ca substantele sa fie dizolvate in prealabil in apa pentru ca reactia sa aiba loc. In organismul uman au loc numeroase reactii chimice care dau nastere la caldura, energie si la metabolismul necesar vietii.Aceste reactii au nevoie de un mediu apos, altfel substantele nu se pot desface in ioni, iar reactiile nu pot avea loc.

Pe langa aceasta apa insasi este un lectrolit slab, care se disociaza in ion de hidrogen (H⁺) si hidroxil (OH^-).Aceiasi ioni au proprietati catalitice, ei accelerand un numar considerabil de reactii care in mod normal ar dura zile intregi, in prezenta ionilor reactiile au loc in cateva secunde.

Apa are si proprietatea de a acumula si de a degaja caldura prin evaporare.Aceste insusiri ale apei au un rol foarte important in fiziologia termoreglarii.La temperaturile ridicate ale verii organismul uman primeste mult mai multa caldura decat are nevoie.Daca caldura nu s-ar elimina organismul ar avea mult de suferit.Din fericire organismul dispune de o serie de mijloace de eliminare a caldurii.Schimbarea apei din stare lichida in stare gazoasa presupune o pierdere de caldura de la corpul unde se afla apa.In corpul omenesc fiecare gram de apa evaporate de pe suprafata pielii (transpiratie) la temperatura camerei inlesneste pierderea a 580 de calorii mici.

Domeniile de utilizare a apei.

Apa are un rol esential in intretinerea vietii. Fara apa nu ar putea exista viata. in organism apa intra in compozitia organelor, tesuturilor si lichidelor biologice. Ea dizolva si transporta substantele asimilate si dezasimilate; mentine constanta concentratia sarurilor in organism si, evaporandu-se pe suprafata corpului, ia parte la reglarea temperaturii.

Apa contribuie la fenomenele osmotice din plante si are o deosebita importanta in procesul de fotosinteza.

Apa Potabila se deosebeste de apa distilata. In conformitate cu STAS 1342-1950, apa potabila trebuie:

Sa fie limpede, incolora, fara miros sau gust deosebit;

Sa aiba temperatura      cuprinsa intre 7⁰ si 15⁰C si sa nu varieze mult in timpul anului;

Sa nu contina materii straine in suspensie sau germeni patogeni;

Sa contina aer si CO₂      in solutie;

Substantele dizolvate raportate la un litru trebuie sa se incadreze intre anumite limite;

Sa nu contina azotiti sau sulfuri, saruri metalice precipitabile cu H₂S sau cu (NH₄)₂S, cu exceptia micilor cantitati de Fe, Al, Mn.;

Sa nu contina NH₃ sau fosfati care pot proveni prin contaminarea apei cu substante organice in prutefactii si nici metan.

Intrebuittarile apei

Apa se intrebuinteaza la:

Prepararea solutiilor, fiind cel mai cunoscut solvent;

Obtinerea oxigenului si hidrogenului prin electroliza;

Prepararea celor mai importanti acizi anorganici;

Producerea energiei electrice;

6.Surse de poluare

Poloarea apelor afecteaza calitatea vietii la scara planetara. Apa reprezinta sursa de viata pentru organismele din toate mediile. Fara apa nu poate exista viataCalitatea ei a inceput din ce in ce mai mult sa se degradeze ca urmare a modificarilor de ordin fizic, chimic si bacteriologic.

Daca toata apa de pe pamant ar fi turnata in 16 pahare cu apa, 15 si jumatate dintre ele ar contine apa sarata a oceanelor si marilor. Din jumatatea de pahar ramasa, mare parte este inglobata fie in gheturile polare, fie este prea poluata pentru a fi folosita drept apa potabila si astfel, ceea ce a mai ramane pentru consumul omenirii reprezinta continutul unei lingurite. Din consumul mondial de apa, 69% este repartizat agricultirii, 23% industriei si numai 8% in domeniul casnic.

Cauzele poluarii sunt :

Scurgeri accidentale de reziduri de la diverse fabrici, dar si deversari deliberate a unor poluanti;

Scurgeri de la rezervoare de depozitare si conducte de transport subterane, mai ales produse petroliere;

Pesticidele si ierbicidele administrate in lucrarile agricole care se deplaseaza prin sol fiind transportate de apa de ploaie sau de la irigatii pana la panza freatica;

Ingrasamintele chimice si scurgerile provenite de la combinatele      zootehnice;

Deseurile si rezidurile menajere;

Sarea presarata in timpul iernii pe sosele, care este purtata prin sol de apa de ploaie si zapada topita;

Depunerile de poluanti din atmosfera, ploile acide.

Poluantii apei sunt produsele de orice natura care contin substante in stare solida, lichida sau gazoasa, in conditii si in concentratii ce pot schimba caracteristicile apei, facand-o daunatoare sanatatii.

Bibliografie : internet