| Referate chimie | Bac 2008 chimie| Recomanda unui prieten

Stare naturală. Apa este una din cele mai răspândite substanţe în natură, găsindu-se în toate cele trei stări de agregare: solidă (gheaţă, zăpadă, grindină, chiciură), lichidă (apă de ploaie, ape subterane, oceane, mări, fluvii, râuri, lacuri, bălţi etc.) şi gazoasă (vaporii de apă din atmosferă şi emanaţiile vulcanice).
În natură nu există apă pură. Apele naturale conţin dizolvate cantităţi variate de diferite substanţe.
APA, H2O, masa mol. 18,02, lichid incolor, de culoare albastră-verzuie în straturi groase. Are structură unghiulară (A 104,5°), care în realitate este pseudo-tetraedrică, rezultată prin hibridizare sp3, molecula de apa dispunând de doi orbitali hibrizi ocupaţi cu câte o pereche de electroni neparticipanţi.
Compoziţia a fost stabilită în perioada 1871—1905 prin experienţele lui Macquer, Cavendish, Lavoisier, Laplace şi alţii.
Hidrogenul şi oxigenul având mai mulţi izotopi, apa obişnuită conţine în proporţie mică şi combinaţiile reciproce ale acestora : H216O ; H217O ; H218O ; HD16O ; HD17O ; HD18O; D216O ; D217O ; D218O şi T2O. Prezintă un pronunţat moment electric de dipol µ 1,84, fiind un bun solvent, capabil să funcţioneze ca donor de electroni. Dacă în stare de vapori apa este formată din molecule neasociate, în stare lichidă şi în gheaţă, ele sunt asociate prin legătura de hidrogen. Gheaţa cristalină are o structură afinată, cu simetrie hexagonală, analogă cu a β-tridimitului, în care orice moleculă de apa este coordinată de alte patru molecule de apa, respectiv fiecare atom de oxigen este înconjurat tetraedric de alţi patru atomi de oxigen întocmai ca atomii de carbon în diamant.



Structura cristalină cu simetrie hexagonală a gheţii (a) şi coordinarea tetraedrică a atomilor de oxigen în gheaţă (b).






Totodată, fiecare atom de oxigen al unei molecule de apă este legat covalent de doi atomi de hidrogen ai moleculei proprii şi de alţi atomi de hidrogen proveniţi din două molecule diferite, prin legături de hidrogen. Apa prezintă o serie de proprietăţi anormale datorită asocierii moleculelor prin legături de hidrogen. Astfel, densitatea apei în loc să scadă continuu cu temperatura, aşa cum se întâmplă la celelalte lichide, are valoarea maximă la 4°C şi anume egală cu unu. La 0° C, apa se solidifică mărindu-şi volumul (d.0,9168) cu 9% fiind mai uşoară decât apa lichidă, pe care pluteşte. Valoarea mică a densităţii gheţii este atribuită structurii afinate a reţelei cristaline. Drept consecinţă, sub 4°C, apa răcită îngheaţă, se ridică la suprafaţă sub forma unui strat protector faţă de temperatura exterioară, făcând posibilă viaţa acvatică. Apa trece în stare de vapori la 100°C mărindu-şi volumul de ~1700 ori. Intervalul de temperatură anormal de mare în care apa se află în fază lichidă (0°C — 100°C) este atribuit, de asemenea, asocierii moleculelor de apa, respectiv legăturilor de hidrogen. Cele două puncte extreme ale apei, de solidificare, respectiv de fierbere la presiune normală, constituie temperaturile 0°C şi 100°C în scara termometrică în grade Celsius. Căldura specifică mare a apa (4,18 J-g-1) are un rol regulator asupra temperaturii apa, deoarece temperatura lacurilor şi mărilor se schimbă mai lent decât a solului. Căldura latentă de vaporizare este anormal de mare : 40,7 kj/mol. Apa se dovedeşte un lichid puţin compresibil, prezentând un minim la presiuni joase. În stare pură, ca urmare a unei ionizări proprii extrem de reduse, apa are o conductibilitate electrică mică :

H20 H+ + OH- ; K = 1,04-10-11 la 25°C

Din această cauză, apa pură este greu de electrolizat în schimb, ea are o constantă dielectrică mare ( ε 81), fapt care-i conferă excelente proprietăţi ionizante şi de dizolvant, fiind unul din cei mai importanţi dizolvanţi pentru electroliţi şi chiar pentru combinaţii nepolare anorganice şi organice.
Solubilitatea substanţelor în apa se datoreşte fie existenţei în molecula acestora de grupe OH capabile să formeze legături de hidrogen cu moleculele de apă, fie caracterului polar al unor ioni apţi a se înconjura cu molecule de apă prin forţe ion-dipolice. Conductibilitatea termică a apei este mică, de cca 100 ori mai mică decât a argintului, apa fiind totuşi un conductor termic mai bun decât multe lichide organice. Molecula de apă, datorită caracterului puternic exoterm, este atât de stabilă, încât abia se disociază 10% prin ridicarea temperaturii la 2500°C. Spre deosebire de oxigen, azot, iod, seleniu, telur, arsen şi stibiu, care nu reacţionează cu apa, numeroase elemente nemetalice sau metalice descompun apa la diferite temperaturi. Astfel, clorul reacţionează la întuneric, bromul la lumină, sulful la fierbere, fosforul la 250°C, borul, carbonul şi siliciul la roşu. Corespunzător cu poziţia lor în seria tensiunilor electrochimice, metalele reacţionează foarte diferit cu apa asemănător reacţiei acestora cu acizii minerali. Spre deosebire de metalele alcaline care reacţionează violent cu apa la rece, cu degajare de hidrogen, magneziul reacţionează numai la 100°C, iar fierul la 800°C. în contact cu oxizii unor nemetale sau cu oxizi ai unor metale plurivalente în stări de oxidare superioare, apa formează acizi, iar cu oxizii metalelor alcaline şi alcalino-pământoase (excepţie beriliul), baze. Unele carburi, siliciuri, azoturi, fosfuri, arseniuri, sulfuri, selenuri, telururi reacţionează cu apa cu formare de hidroxizi metalici şi degajare de compuşi hidrogenaţi corespunzători.