18. Вода как растворитель. Дифференцирующие и нивелирующие растворители.

Вода – вещество без вкуса, цвета и запаха. При нормальном атмосферном давлении, которое равно 101,3 кПа, температура кипения воды равна 373,15 К, а температура замерзания -273,15К. Температурный диапазон существования жидкой воды лежит в основе наиболее употребляемой в быту стоградусной шкалы, предложенной шведским физиком Цельсием в 1742 г.: температура замерзания воды принята за 0°С, а температура кипения- за 100°С. У воды может быть 3 агрегатных состояния.

Процесс перехода воды из одного состояния в другое называется сублимацией или возгонкой. Физическими параметрами, определяющими фазовые равновесия в однокомпонентной системе, является давление и температура. Рассмотрим состояние воды при некоторой температуре в изолированной системе, объём которой больше объёма воды. Запас кинетической энергии молекул воды неодинаков. Молекулы с высокой энергией преодолевают силы притяжения со стороны других молекул и переходят в пар (испарение); через некоторое время они могут вернутся в жидкость(конденсация). В системе устанавливается равновесие: скорость испарения равна скорости конденсации. Движущиеся молекулы пара ударяются о стенку сосуда и оказывают на неё давление, которое называется давлением пара. Максимальное давление пара, которое может развить жидкость при данной температуре, называется давлением насыщенного пара. Давление насыщенного пара не зависит от количества жидкости. Давление насыщенного пара зависит от природы жидкости и возрастает при увеличении температуры. При низких температурах давление возрастает плавно, но дальнейшее увеличение температуры приводит к более резкому возрастанию давления. Температурой кипения жидкости является такая температура, при которой давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению над поверхностью жидкости (в открытых сосудах – атмосферному давлению).

Температура кипения воды, как и других жидкостей, значительно зависит от внешнего давления. В критической точке (для воды t=374°C, p=21917кПа) плотности жидкости и газа становятся равными, и различие между жидкостью и газом исчезает.

Температура плавления, т.е. температура перехода из твердого состояния в жидкое, также зависит от давления, но не столь значительно, как температура кипения. В большинстве случаев плотность вещества в твёрдом состоянии больше его плотности в жидком состоянии, т.е. при плавлении объём системы увеличивается. Увеличение внешнего давления должно приводить к уменьшению объёма системы, т.е. к увеличению доли фазы, занимающей меньший объём, однако у воды плотность в жидком состоянии больше плотности льда. При замерзании воды объём увеличивается, поэтому при увеличении давления температура плавления льда уменьшается. Это явление – аномальное свойство воды.

Давление насыщенного пара существует также над твердыми телами. Так же как и в случае системы «жидкость – пар», давление насыщенного пара зависит от природы вещества и увеличивается при увеличении температуры.

Каждый фазовый переход характеризуется стандартной энтальпией: при 0°С ΔН°С сублимации = 51,055кДж/моль; ΔН° плавления = 5,99кДж/моль; при 100°С ΔН°испарения = 40,665кДж/моль. В соответствии с уравнением Клаузиса-Клаперона крутизна зависимости давления от температуры при фазавом переходе, определяемая отношением Δр/ΔТ, пропорцианальна изменению стандартной энтальпии ΔН° фазавого перехода и обратного пропорцианальна изменению молярного объёма: Δр/ΔТ = ΔН°/ТΔV

Физические свойства воды помогают поддерживать постоянную температуру гомойотермных организмов и регулировать климат на нашей планете. Высокое значение теплоты испарения обеспечивается рассеиванием необходимого количества теплоты при испарении незначительных количеств воды. Высокая теплоёмкость позволяет поглощать большое количество теплоты без заметного изменения внутренней температуры. Электрическая проводимость воды низкая Вода является очень хорошим растворителем для электролитов. По закону Кулона электростатическое притяжение двух разноимённо заряженных частиц в вакууме прямо пропорцианально расстаянию между ними. Любая среда, разделяющая частицы, ослабляет электростатическое напряжение. Мерой этого влияния является величина относительной диэлектрической проницаемости. Относительная диэлектрическая проницаемость водных растворов может быть меньше и больше диэлектрической проницаемости воды. При добавлении менее полярных веществ относительная диэлектрическая проницаемость уменьшается. Многие неэлектролиты также легко растворяются в воде. Вещества, в молекулах которых имеются гидрофильные группы и небольшие гидрофобные фрагменты, хорошо растворяются в воде; в случае обратного соотношения растворимость веществ становится незначительной. Ткая закономерность наблюдается во многих гомологических рядах, в которых первые члены хорошо растворяются в воде.

По характеру влияния на относительную силу кислот, оснований и солей растворители также делят на дифференцирующие и нивелирующие. Дифференцирующие растворители увеличивают различия в силе электролитов. К этой группе растворителей принадлежат: метил-этилкетон, ацетон. В нивелирующих растворителях электролиты хорошо и примерно одинаково диссоциируют, потому эти растворители уравнивают различия в силе кислот или оснований. Основные растворители (например, жидкий аммиак) являются нивелирующими для кислот.