წყალბადი- ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილის პირველი ქიმიური ელემენტი D.I. მენდელეევი. ქიმიური ელემენტი წყალბადი განლაგებულია პერიოდული სისტემის პირველ ჯგუფში, ძირითად ქვეჯგუფში.

წყალბადის შედარებითი ატომური მასა = 1.

წყალბადს აქვს ატომის უმარტივესი სტრუქტურა, იგი შედგება ერთი ელექტრონისაგან, რომელიც მდებარეობს ბირთვულ სივრცეში. წყალბადის ატომის ბირთვი შედგება ერთი პროტონისაგან.

წყალბადის ატომს, ქიმიურ რეაქციებში, შეუძლია ელექტრონის გაცემაც და დამატებაც, ორი ტიპის იონების წარმოქმნით:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

წყალბადისამყაროს ყველაზე უხვი ელემენტია. იგი შეადგენს ყველა ატომის დაახლოებით 88,6%-ს (დაახლოებით 11,3% ჰელიუმის ატომებია, ყველა სხვა ელემენტის წილი გაერთიანებულია დაახლოებით 0,1%). ამრიგად, წყალბადი არის ვარსკვლავებისა და ვარსკვლავთშორისი გაზის მთავარი კომპონენტი. ვარსკვლავთშორის სივრცეში ეს ელემენტი არსებობს ცალკეული მოლეკულების, ატომებისა და იონების სახით და შეუძლია შექმნას მოლეკულური ღრუბლები, რომლებიც ძალიან განსხვავდება ზომით, სიმკვრივითა და ტემპერატურით.

წყალბადის მასური წილი დედამიწის ქერქში არის 1%.ეს არის მეცხრე ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. წყალბადის მნიშვნელობა დედამიწაზე მიმდინარე ქიმიურ პროცესებში თითქმის ისეთივე დიდია, როგორც ჟანგბადის. ჟანგბადისგან განსხვავებით, რომელიც დედამიწაზე არსებობს როგორც შეკრულ, ისე თავისუფალ მდგომარეობაში, დედამიწაზე თითქმის მთელი წყალბადი ნაერთების სახითაა; წყალბადის მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობა მარტივი ნივთიერების სახით გვხვდება ატმოსფეროში (0,00005% მოცულობით მშრალი ჰაერისთვის).

წყალბადი არის თითქმის ყველა ორგანული ნივთიერების შემადგენელი ნაწილი და იმყოფება ყველა ცოცხალ უჯრედში.

წყალბადის ფიზიკური თვისებები

ქიმიური ელემენტის წყალბადის მიერ წარმოქმნილ მარტივ ნივთიერებას მოლეკულური სტრუქტურა აქვს. მისი შემადგენლობა შეესაბამება ფორმულას H2.ქიმიური ელემენტის მსგავსად, მარტივ ნივთიერებას ასევე წყალბადი ეწოდება.

წყალბადიეს არის უფერო გაზი, უსუნო და უგემოვნო, წყალში პრაქტიკულად უხსნადი. ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ ატმოსფერულ წნევაზე ხსნადობა არის 18,8 მლ გაზი 1 ლიტრ წყალზე.

წყალბადი- ყველაზე მსუბუქი გაზი, მისი სიმკვრივეა 0,08987 გ/ლ. შედარებისთვის: ჰაერის სიმკვრივეა 1,3 გ/ლ.

წყალბადი შეიძლება დაითხოვოს ლითონებშიმაგალითად, 850-მდე მოცულობის წყალბადი შეიძლება დაითხოვოს პალადიუმის ერთ მოცულობაში. მისი უკიდურესად მცირე მოლეკულური ზომის გამო, წყალბადს შეუძლია გავრცელდეს მრავალ მასალაში.

სხვა გაზების მსგავსად, წყალბადი დაბალ ტემპერატურაზე კონდენსირდება უფერო გამჭვირვალე სითხეში, ეს ხდება ტემპერატურაზე - 252.8°C.როდესაც ტემპერატურა -259,2°C-ს მიაღწევს, წყალბადი კრისტალიზდება თოვლის მსგავსი თეთრი კრისტალების სახით.

ჟანგბადისგან განსხვავებით, წყალბადი არ ავლენს ალოტროპიას.

წყალბადის გამოყენება

წყალბადი გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. ბევრი წყალბადი მიდის ამიაკის წარმოებაში (NH3).ამიაკისგან მიიღება აზოტოვანი სასუქები, სინთეზური ბოჭკოები და პლასტმასები და მედიკამენტები.

კვების მრეწველობაში წყალბადს იყენებენ მარგარინის წარმოებაში, რომელიც შეიცავს მძიმე ცხიმებს. თხევადი ცხიმებისგან მათი მისაღებად წყალბადი გადის მათში.

როდესაც წყალბადი იწვის ჟანგბადში, ცეცხლის ტემპერატურა დაახლოებით არის 2500°C.ამ ტემპერატურაზე ცეცხლგამძლე ლითონების დნობა და შედუღება შესაძლებელია. ამრიგად, წყალბადი გამოიყენება შედუღებაში.

თხევადი წყალბადისა და ჟანგბადის ნარევი გამოიყენება სარაკეტო საწვავად.

ამჟამად, რიგმა ქვეყნებმა დაიწყეს კვლევები არაგანახლებადი ენერგიის წყაროების (ნავთობი, გაზი, ქვანახშირი) წყალბადით ჩანაცვლებაზე. როდესაც წყალბადი იწვება ჟანგბადში, წარმოიქმნება ეკოლოგიურად სუფთა პროდუქტი - წყალი და არა ნახშირორჟანგი, რომელიც იწვევს სათბურის ეფექტს.

მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ 21-ე საუკუნის შუა ხანებში წყალბადით მომუშავე მანქანების მასობრივი წარმოება უნდა დაიწყოს. საყოფაცხოვრებო საწვავის უჯრედები, რომელთა მუშაობა ასევე ემყარება წყალბადის ჟანგბადით დაჟანგვას, ფართო გამოყენებას იპოვის.

მე-19 საუკუნის ბოლოს და მე-20 საუკუნის დასაწყისში.აერონავტიკის ეპოქის გარიჟრაჟზე, ბუშტები, საჰაერო ხომალდები და ბუშტები ივსებოდა წყალბადით, რადგან ის ჰაერზე ბევრად მსუბუქია. თუმცა, დირიჟამების ეპოქამ სწრაფად გაქრა წარსულში დირიჟაბთან მომხდარი კატასტროფის შემდეგ. ჰინდენბურგი. 1937 წლის 6 მაისი საჰაერო ხომალდი,წყალბადით სავსე, ცეცხლი გაუჩნდა, რის შედეგადაც მისი ათობით მგზავრი დაიღუპა.

წყალბადი უკიდურესად ფეთქებადია ჟანგბადთან გარკვეული პროპორციით. უსაფრთხოების წესების შეუსრულებლობამ გამოიწვია საჰაერო ხომალდის ანთება და აფეთქება.

• წყალბადი- ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილის პირველი ქიმიური ელემენტი D.I. მენდელეევი
• წყალბადი განლაგებულია I ჯგუფში, ძირითადი ქვეჯგუფი, პერიოდული სისტემის 1 პერიოდი
• წყალბადის ვალენტობა ნაერთებში - ი
• წყალბადიუფერო გაზი, უსუნო და უგემოვნო, წყალში პრაქტიკულად უხსნადი
• წყალბადი- ყველაზე მსუბუქი გაზი
• თხევადი და მყარი წყალბადი იწარმოება დაბალ ტემპერატურაზე
• წყალბადი შეიძლება დაითხოვოს ლითონებში
• წყალბადის გამოყენება მრავალფეროვანია

წყალბადის ატომს აქვს გარე (და მხოლოდ) ელექტრონული დონის 1 ელექტრონული ფორმულა სერთი . ერთის მხრივ, გარე ელექტრონულ დონეზე ერთი ელექტრონის არსებობით, წყალბადის ატომი ტუტე ლითონის ატომების მსგავსია. თუმცა, ისევე როგორც ჰალოგენებს, მას აკლია მხოლოდ ერთი ელექტრონი გარე ელექტრონული დონის შესავსებად, რადგან პირველ ელექტრონულ დონეზე არაუმეტეს 2 ელექტრონის განთავსება შეიძლება. გამოდის, რომ წყალბადი შეიძლება ერთდროულად განთავსდეს პერიოდული ცხრილის როგორც პირველ, ასევე ბოლო (მეშვიდე) ჯგუფში, რაც ზოგჯერ კეთდება პერიოდული სისტემის სხვადასხვა ვერსიაში:

წყალბადის, როგორც მარტივი ნივთიერების თვისებების თვალსაზრისით, მას მაინც უფრო მეტი საერთო აქვს ჰალოგენებთან. წყალბადი, ისევე როგორც ჰალოგენები, არის არალითონი და მათ მსგავსად ქმნის დიატომურ მოლეკულებს (H 2).

ნორმალურ პირობებში წყალბადი არის აირისებრი, არააქტიური ნივთიერება. წყალბადის დაბალი აქტივობა აიხსნება მოლეკულაში წყალბადის ატომებს შორის კავშირის მაღალი სიმტკიცით, რომელიც მოითხოვს ან ძლიერ გათბობას ან კატალიზატორების გამოყენებას, ან ორივეს ერთდროულად მის გასატეხად.

წყალბადის ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან

ლითონებით

ლითონებიდან წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ ტუტესთან და ტუტე დედამიწასთან! ტუტე ლითონებს მიეკუთვნება I ჯგუფის ძირითადი ქვეჯგუფის ლითონები (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), ხოლო ტუტე მიწის ლითონები II ჯგუფის ძირითადი ქვეჯგუფის ლითონებია, გარდა ბერილიუმისა და მაგნიუმის (Ca, Sr, Ba). , რა)

აქტიურ ლითონებთან ურთიერთობისას წყალბადი ავლენს ჟანგვის თვისებებს, ე.ი. ამცირებს მის ჟანგვის მდგომარეობას. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების ჰიდრიდები, რომლებსაც აქვთ იონური სტრუქტურა. რეაქცია მიმდინარეობს გაცხელებისას:

უნდა აღინიშნოს, რომ აქტიურ ლითონებთან ურთიერთქმედება ერთადერთი შემთხვევაა, როდესაც მოლეკულური წყალბადი H2 არის ჟანგვის აგენტი.

არალითონებით

არალითონებიდან წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ ნახშირბადთან, აზოტთან, ჟანგბადთან, გოგირდთან, სელენთან და ჰალოგენებთან!

ნახშირბადი უნდა გვესმოდეს, როგორც გრაფიტი ან ამორფული ნახშირბადი, რადგან ბრილიანტი ნახშირბადის უკიდურესად ინერტული ალოტროპული მოდიფიკაციაა.

არალითონებთან ურთიერთობისას წყალბადს შეუძლია შეასრულოს მხოლოდ შემამცირებელი აგენტის ფუნქცია, ანუ მას შეუძლია მხოლოდ გაზარდოს მისი დაჟანგვის მდგომარეობა:

წყალბადის ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან

ლითონის ოქსიდებით

წყალბადი არ რეაგირებს ლითონის ოქსიდებთან, რომლებიც შედის ლითონების აქტივობის სერიაში ალუმინამდე (მათ შორის), თუმცა, გაცხელებისას მას შეუძლია შეამციროს მრავალი ლითონის ოქსიდი ალუმინის მარჯვნივ:

არალითონური ოქსიდებით

არამეტალის ოქსიდებიდან წყალბადი რეაგირებს აზოტის, ჰალოგენებისა და ნახშირბადის ოქსიდებთან გაცხელებისას. წყალბადის არამეტალების ოქსიდებთან ყველა ურთიერთქმედებიდან განსაკუთრებით უნდა აღინიშნოს მისი რეაქცია ნახშირბადის მონოქსიდთან CO.

CO და H 2 ნარევს კი აქვს საკუთარი სახელი - "სინთეზური გაზი", რადგან პირობებიდან გამომდინარე, მისგან შეიძლება მიიღოთ ისეთი მოთხოვნადი სამრეწველო პროდუქტები, როგორიცაა მეთანოლი, ფორმალდეჰიდი და თუნდაც სინთეზური ნახშირწყალბადები:

მჟავებით

წყალბადი არ რეაგირებს არაორგანულ მჟავებთან!

ორგანული მჟავებიდან წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ უჯერი მჟავებთან, აგრეთვე მჟავებთან, რომლებიც შეიცავს ფუნქციურ ჯგუფებს, რომლებსაც შეუძლიათ წყალბადის შემცირების უნარი, კერძოდ, ალდეჰიდის, კეტო ან ნიტრო ჯგუფები.

მარილებით

მარილების წყალხსნარების შემთხვევაში მათი ურთიერთქმედება წყალბადთან არ ხდება. თუმცა, როდესაც წყალბადი გადადის საშუალო და დაბალი აქტივობის ზოგიერთი ლითონის მყარ მარილებზე, შესაძლებელია მათი ნაწილობრივი ან სრული შემცირება, მაგალითად:

ჰალოგენების ქიმიური თვისებები

ჰალოგენები არის VIIA ჯგუფის ქიმიური ელემენტები (F, Cl, Br, I, At), ასევე მათ მიერ წარმოქმნილი მარტივი ნივთიერებები. შემდგომში, თუ სხვა რამ არ არის მითითებული, ჰალოგენები გაგებული იქნება როგორც მარტივი ნივთიერებები.

ყველა ჰალოგენს აქვს მოლეკულური სტრუქტურა, რაც იწვევს ამ ნივთიერებების დაბალ დნობისა და დუღილის წერტილებს. ჰალოგენის მოლეკულები დიატომურია, ე.ი. მათი ფორმულა შეიძლება დაიწეროს ზოგადი ფორმით, როგორც Hal 2.

უნდა აღინიშნოს იოდის ისეთი სპეციფიკური ფიზიკური თვისება, როგორიცაა მისი უნარი სუბლიმაციაან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სუბლიმაცია. სუბლიმაცია, ისინი უწოდებენ ფენომენს, რომლის დროსაც მყარ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერება გაცხელებისას არ დნება, არამედ, თხევადი ფაზის გვერდის ავლით, მაშინვე გადადის აირისებრ მდგომარეობაში.

ნებისმიერი ჰალოგენის ატომის გარე ენერგეტიკული დონის ელექტრონულ სტრუქტურას აქვს ფორმა ns 2 np 5, სადაც n არის პერიოდული ცხრილის პერიოდის რიცხვი, რომელშიც მდებარეობს ჰალოგენი. როგორც ხედავთ, ჰალოგენის ატომების რვაელექტრონიან გარე გარსს მხოლოდ ერთი ელექტრონი აკლია. აქედან ლოგიკურია ვივარაუდოთ თავისუფალი ჰალოგენების უპირატესად ჟანგვის თვისებები, რაც პრაქტიკაშიც დასტურდება. მოგეხსენებათ, არამეტალების ელექტრონეგატიურობა მცირდება ქვეჯგუფში გადაადგილებისას და, შესაბამისად, ჰალოგენების აქტივობა მცირდება სერიაში:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

ჰალოგენების ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან

ყველა ჰალოგენი ძალიან რეაქტიულია და რეაგირებს უბრალო ნივთიერებებთან. თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ ფტორს, თავისი უკიდურესად მაღალი რეაქტიულობის გამო, შეუძლია რეაგირება იმ მარტივ ნივთიერებებთანაც კი, რომლებთანაც სხვა ჰალოგენები ვერ რეაგირებენ. ასეთ მარტივ ნივთიერებებს მიეკუთვნება ჟანგბადი, ნახშირბადი (ბრილიანტი), აზოტი, პლატინი, ოქრო და ზოგიერთი კეთილშობილი აირი (ქსენონი და კრიპტონი). იმათ. რეალურად, ფტორი არ რეაგირებს მხოლოდ ზოგიერთ კეთილშობილ აირთან.

დარჩენილი ჰალოგენები, ე.ი. ქლორი, ბრომი და იოდი ასევე აქტიური ნივთიერებებია, მაგრამ ნაკლებად აქტიური, ვიდრე ფტორი. ისინი რეაგირებენ თითქმის ყველა მარტივ ნივთიერებასთან, გარდა ჟანგბადის, აზოტის, ნახშირბადისა, ალმასის, პლატინის, ოქროსა და კეთილშობილი აირების სახით.

ჰალოგენების ურთიერთქმედება არალითონებთან

წყალბადის

ყველა ჰალოგენი რეაგირებს წყალბადთან და წარმოიქმნება წყალბადის ჰალოგენებიზოგადი ფორმულით HHal. ამავდროულად, ფტორის რეაქცია წყალბადთან სპონტანურად იწყება სიბნელეშიც კი და მიმდინარეობს აფეთქებით განტოლების შესაბამისად:

ქლორის რეაქცია წყალბადთან შეიძლება დაიწყოს ინტენსიური ულტრაიისფერი დასხივებით ან გათბობით. ასევე ჟონავს აფეთქებით:

ბრომი და იოდი წყალბადთან ურთიერთქმედებენ მხოლოდ გაცხელებისას და ამავდროულად, იოდთან რეაქცია შექცევადია:

ფოსფორი

ფტორის ურთიერთქმედება ფოსფორთან იწვევს ფოსფორის დაჟანგვას უმაღლეს ჟანგვის მდგომარეობამდე (+5). ამ შემთხვევაში, ფოსფორის პენტაფტორიდის წარმოქმნა ხდება:

როდესაც ქლორი და ბრომი ურთიერთქმედებენ ფოსფორთან, შესაძლებელია ფოსფორის ჰალოიდების მიღება როგორც + 3 დაჟანგვის მდგომარეობაში, ასევე + 5 დაჟანგვის მდგომარეობაში, რაც დამოკიდებულია რეაქტორების პროპორციებზე:

თეთრი ფოსფორის შემთხვევაში ფტორის, ქლორის ან თხევადი ბრომის ატმოსფეროში რეაქცია სპონტანურად იწყება.

ფოსფორის იოდთან ურთიერთქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს მხოლოდ ფოსფორის ტრიიოდიდის წარმოქმნა, რაც მნიშვნელოვნად დაბალია ჟანგვის უნარის გამო, ვიდრე სხვა ჰალოგენები:

ნაცრისფერი

ფტორი აჟანგებს გოგირდს უმაღლეს ჟანგვის მდგომარეობამდე +6, წარმოქმნის გოგირდის ჰექსაფტორიდს:

ქლორი და ბრომი რეაგირებს გოგირდთან, ქმნიან გოგირდის შემცველ ნაერთებს ჟანგვის მდგომარეობებში, რაც მისთვის უკიდურესად უჩვეულოა +1 და +2. ეს ურთიერთქმედება ძალიან სპეციფიკურია და ქიმიის გამოცდის ჩასაბარებლად ამ ურთიერთქმედებების განტოლებების ჩაწერის უნარი არ არის საჭირო. აქედან გამომდინარე, შემდეგი სამი განტოლება მოცემულია უფრო სახელმძღვანელოდ:

ჰალოგენების ურთიერთქმედება მეტალებთან

როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ფტორს შეუძლია რეაგირება მოახდინოს ყველა მეტალთან, თუნდაც ისეთ არააქტიურთან, როგორიცაა პლატინა და ოქრო:

დარჩენილი ჰალოგენები რეაგირებს ყველა ლითონთან, გარდა პლატინისა და ოქროსა:

ჰალოგენების რეაქცია რთულ ნივთიერებებთან

ჩანაცვლების რეაქციები ჰალოგენებით

უფრო აქტიური ჰალოგენები, ე.ი. რომელთა ქიმიური ელემენტები უფრო მაღლა მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში, შეუძლიათ ნაკლებად აქტიური ჰალოგენების გადაადგილება მათ მიერ წარმოქმნილი ჰიდროჰალიური მჟავებისგან და ლითონის ჰალოგენებისგან:

ანალოგიურად, ბრომი და იოდი ანაცვლებს გოგირდს სულფიდების და ან წყალბადის სულფიდის ხსნარებიდან:

ქლორი უფრო ძლიერი ჟანგვის აგენტია და თავის წყალხსნარში წყალბადის სულფიდს იჟანგებს არა გოგირდად, არამედ გოგირდის მჟავამდე:

ჰალოგენების ურთიერთქმედება წყალთან

წყალი იწვის ფტორში ლურჯი ალით რეაქციის განტოლების შესაბამისად:

ბრომი და ქლორი განსხვავებულად რეაგირებს წყალთან, ვიდრე ფტორი. თუ ფტორი მოქმედებდა როგორც ჟანგვის აგენტი, მაშინ ქლორი და ბრომი არაპროპორციულია წყალში და ქმნიან მჟავების ნარევს. ამ შემთხვევაში, რეაქციები შექცევადია:

იოდის წყალთან ურთიერთქმედება იმდენად უმნიშვნელო ხარისხში მიმდინარეობს, რომ შეიძლება უგულებელვყოთ და ჩაითვალოთ, რომ რეაქცია საერთოდ არ მიმდინარეობს.

ჰალოგენების ურთიერთქმედება ტუტე ხსნარებთან

ფტორი, ტუტე წყალხსნართან ურთიერთობისას, კვლავ მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი:

ამ განტოლების დაწერის უნარი არ არის საჭირო გამოცდის ჩასაბარებლად. საკმარისია ვიცოდეთ ფაქტი ასეთი ურთიერთქმედების შესაძლებლობისა და ამ რეაქციაში ფტორის ჟანგვის როლის შესახებ.

ფტორისგან განსხვავებით, სხვა ჰალოგენები არაპროპორციულია ტუტე ხსნარებში, ანუ ისინი ერთდროულად ზრდიან და ამცირებენ ჟანგვის მდგომარეობას. ამავდროულად, ქლორისა და ბრომის შემთხვევაში, ტემპერატურის მიხედვით, შესაძლებელია დინება ორი სხვადასხვა მიმართულებით. კერძოდ, სიცივეში რეაქციები შემდეგნაირად მიმდინარეობს:

და როცა თბება:

იოდი რეაგირებს ტუტეებთან ექსკლუზიურად მეორე ვარიანტის მიხედვით, ე.ი. იოდატის წარმოქმნით, რადგან ჰიპოიოდიტი არასტაბილურია არა მხოლოდ გაცხელებისას, არამედ ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე და სიცივეშიც კი.

წყალბადი, N (ლათ. hydrogenium; ა. წყალბადი; n. Wasserstoff; f. hydrogene; და. hidrogeno), მენდელეევის ელემენტების პერიოდული სისტემის ქიმიური ელემენტია, რომელიც ერთდროულად მიეკუთვნება I და VII ჯგუფებს, ატომურ რიცხვს. 1, ატომური მასა 1, 0079. ბუნებრივ წყალბადს აქვს სტაბილური იზოტოპები - პროტიუმი (1 H), დეიტერიუმი (2 H, ან D) და რადიოაქტიური - ტრიტიუმი (3 H, ან T). ბუნებრივი ნაერთებისთვის საშუალო თანაფარდობა D/Н = (158±2).10 -6 3 Н წონასწორული შემცველობა დედამიწაზე შეადგენს ~5,10 27 ატომს.

წყალბადის ფიზიკური თვისებები

წყალბადი პირველად 1766 წელს აღწერა ინგლისელმა მეცნიერმა გ.კავენდიშმა. ნორმალურ პირობებში წყალბადი არის უფერო, უსუნო და უგემოვნო აირი. ბუნებაში, თავისუფალ მდგომარეობაში, ის არის H 2 მოლეკულების სახით. H 2 მოლეკულის დისოციაციის ენერგია არის 4,776 ევ; წყალბადის ატომის იონიზაციის პოტენციალი არის 13,595 ევ. წყალბადი არის ყველა ცნობილი ყველაზე მსუბუქი ნივთიერება, 0 ° C ტემპერატურაზე და 0,1 მპა 0,0899 კგ / მ 3; დუღილის წერტილი - 252,6 ° C, დნობის წერტილი - 259,1 ° C; კრიტიკული პარამეტრები: t - 240 ° C, წნევა 1.28 MPa, სიმკვრივე 31.2 კგ / მ 3. ყველა გაზიდან ყველაზე თერმოგამტარია 0,174 W/(m.K) 0°C და 1 MPa, სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეა 14.208.10 3 J (kg.K).

წყალბადის ქიმიური თვისებები

თხევადი წყალბადი ძალიან მსუბუქია (სიმკვრივე -253°C-ზე 70,8 კგ/მ 3) და თხევადი (-253°C-ზე არის 13,8 cP). ნაერთების უმეტესობაში წყალბადი ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +1 (ტუტე ლითონების მსგავსი), ნაკლებად ხშირად -1 (მეტალის ჰიდრიდების მსგავსი). ნორმალურ პირობებში მოლეკულური წყალბადი არააქტიურია; წყალში ხსნადობა 20°C და 1 მპა 0,0182 მლ/გ; კარგად ხსნადი ლითონებში - Ni, Pt, Pd და ა.შ. აყალიბებს წყალს ჟანგბადთან ერთად 143,3 მჯ/კგ სითბოს გამოყოფით (25°C-ზე და 0,1 მპა-ზე); 550°C და ზემოთ, რეაქციას თან ახლავს აფეთქება. ფტორთან და ქლორთან ურთიერთობისას რეაქციები ასევე აფეთქებით მიმდინარეობს. ძირითადი წყალბადის ნაერთები: H 2 O, ამიაკი NH 3, წყალბადის სულფიდი H 2 S, CH 4, ლითონის და ჰალოგენის ჰიდრიდები CaH 2, HBr, Hl, აგრეთვე ორგანული ნაერთები C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH და ა.შ. .

წყალბადი ბუნებაში

წყალბადი ბუნებაში ფართოდ გავრცელებული ელემენტია, მისი შემცველობა 1% (მასობრივად). დედამიწაზე წყალბადის მთავარი რეზერვუარი წყალია (11,19%, მასით). წყალბადი არის ყველა ბუნებრივი ორგანული ნაერთის ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტი. თავისუფალ მდგომარეობაში იმყოფება ვულკანურ და სხვა ბუნებრივ აირებში (0,0001%, ატომების რაოდენობით). იგი შეადგენს მზის, ვარსკვლავების, ვარსკვლავთშორისი გაზის, გაზის ნისლეულების მასის დიდ ნაწილს. ის იმყოფება პლანეტების ატმოსფეროებში H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, CH, NHOH და ა.შ. სახით. ნაკადები).

წყალბადის მიღება და გამოყენება

წყალბადის სამრეწველო წარმოების ნედლეული არის რაფინირებული აირები, გაზიფიკაციის პროდუქტები და ა.შ. წყალბადის წარმოების ძირითადი მეთოდებია ნახშირწყალბადების რეაქცია წყლის ორთქლთან, ნახშირწყალბადების არასრული დაჟანგვა, ოქსიდის გარდაქმნა, წყლის ელექტროლიზი. წყალბადი გამოიყენება ამიაკის, სპირტების, სინთეზური ბენზინის, მარილმჟავას წარმოებისთვის, ნავთობპროდუქტების ჰიდროგადამუშავებისთვის, ლითონების ჭრისთვის წყალბად-ჟანგბადის ალით.

წყალბადი პერსპექტიული აირისებრი საწვავია. დეიტერიუმმა და ტრიტიუმმა იპოვეს გამოყენება ბირთვულ ენერგეტიკაში.

წყალბადის ქიმიური და ფიზიკური თვისებების გათვალისწინებისას უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვეულ მდგომარეობაში ეს ქიმიური ელემენტი აირისებრია. უფერო წყალბადის გაზი უსუნო და უგემოვნოა. პირველად ამ ქიმიურ ელემენტს წყალბადი ეწოდა მას შემდეგ, რაც მეცნიერმა ა. ლავუაზიემ ჩაატარა ექსპერიმენტები წყალზე, რომლის შედეგების მიხედვით მსოფლიო მეცნიერებამ შეიტყო, რომ წყალი მრავალკომპონენტიანი სითხეა, რომელშიც შედის წყალბადი. ეს მოვლენა მოხდა 1787 წელს, მაგრამ ამ თარიღამდე დიდი ხნით ადრე წყალბადი ცნობილი იყო მეცნიერებისთვის "წვადი აირის" სახელით.

წყალბადი ბუნებაში

მეცნიერთა აზრით, წყალბადი გვხვდება დედამიწის ქერქში და წყალში (წყლის მთლიანი მოცულობის დაახლოებით 11,2%). ეს გაზი არის მრავალი მინერალის ნაწილი, რომელსაც კაცობრიობა საუკუნეების განმავლობაში აგროვებდა დედამიწის ნაწლავებიდან. ნაწილობრივ წყალბადის თვისებები დამახასიათებელია ნავთობის, ბუნებრივი აირისა და თიხის, ცხოველური და მცენარეული ორგანიზმებისთვის. მაგრამ მისი სუფთა სახით, ანუ არ არის შერწყმული პერიოდული ცხრილის სხვა ქიმიურ ელემენტებთან, ეს გაზი ბუნებაში ძალზე იშვიათია. ამ გაზს შეუძლია გამოვიდეს დედამიწის ზედაპირზე ვულკანური ამოფრქვევის დროს. თავისუფალი წყალბადი ატმოსფეროში მცირე რაოდენობითაა.

წყალბადის ქიმიური თვისებები

ვინაიდან წყალბადის ქიმიური თვისებები არ არის ერთგვაროვანი, ეს ქიმიური ელემენტი მიეკუთვნება როგორც მენდელეევის სისტემის I ჯგუფს, ასევე სისტემის VII ჯგუფს. როგორც პირველი ჯგუფის წარმომადგენელი, წყალბადი, ფაქტობრივად, არის ტუტე ლითონი, რომელსაც აქვს +1 ჟანგვის მდგომარეობა იმ ნაერთების უმეტესობაში, რომელშიც ის შედის. იგივე ვალენტობა დამახასიათებელია ნატრიუმის და სხვა ტუტე ლითონებისთვის. ამ ქიმიური თვისებების გათვალისწინებით, წყალბადი ითვლება ამ ლითონების მსგავს ელემენტად.

თუ ვსაუბრობთ ლითონის ჰიდრიდებზე, მაშინ წყალბადის იონს აქვს უარყოფითი ვალენტობა - მისი დაჟანგვის მდგომარეობა არის -1. Na + H- აგებულია ისევე, როგორც Na + Cl- ქლორიდი. ეს ფაქტია მენდელეევის სისტემის VII ჯგუფში წყალბადის მინიჭების მიზეზი. წყალბადი, მოლეკულის მდგომარეობაში მყოფი, იმ პირობით, რომ ის ჩვეულებრივ გარემოშია, არააქტიურია და შეუძლია მხოლოდ მისთვის უფრო აქტიური არალითონებთან შეერთება. ასეთი ლითონები მოიცავს ფტორს, სინათლის თანდასწრებით წყალბადი აერთიანებს ქლორს. თუ წყალბადი თბება, ის უფრო აქტიური ხდება, რეაგირებს მენდელეევის პერიოდული სისტემის ბევრ ელემენტთან.

ატომური წყალბადი უფრო აქტიურ ქიმიურ თვისებებს ავლენს, ვიდრე მოლეკულური წყალბადი. ჟანგბადის მოლეკულები ქმნიან წყალს - H2 + 1/2O2 = H2O. როდესაც წყალბადი ურთიერთქმედებს ჰალოგენებთან, წარმოიქმნება წყალბადის ჰალოგენები H2 + Cl2 = 2HCl და წყალბადი შედის ამ რეაქციაში სინათლის არარსებობის პირობებში და საკმარისად მაღალ უარყოფით ტემპერატურაზე - - 252 ° C-მდე. წყალბადის ქიმიური თვისებები შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას მრავალი ლითონის შესამცირებლად, ვინაიდან, რეაგირებისას, წყალბადი შთანთქავს ჟანგბადს ლითონის ოქსიდებიდან, მაგალითად, CuO + H2 = Cu + H2O. წყალბადი მონაწილეობს ამიაკის წარმოქმნაში, ურთიერთქმედებს აზოტთან რეაქციაში 3H2 + N2 = 2NH3, მაგრამ იმ პირობით, რომ გამოიყენება კატალიზატორი და იზრდება ტემპერატურა და წნევა.

ენერგეტიკული რეაქცია ხდება მაშინ, როდესაც წყალბადი ურთიერთქმედებს გოგირდთან H2 + S = H2S რეაქციაში, რაც იწვევს წყალბადის სულფიდს. წყალბადის ურთიერთქმედება ტელურუმთან და სელენთან ოდნავ ნაკლებად აქტიურია. თუ კატალიზატორი არ არის, მაშინ ის რეაგირებს სუფთა ნახშირბადთან, წყალბადთან მხოლოდ იმ პირობით, რომ იქმნება მაღალი ტემპერატურა. 2H2 + C (ამორფული) = CH4 (მეთანი). ზოგიერთ ტუტეთან და სხვა ლითონებთან წყალბადის აქტივობის პროცესში მიიღება ჰიდრიდები, მაგალითად, H2 + 2Li = 2LiH.

წყალბადის ფიზიკური თვისებები

წყალბადი ძალიან მსუბუქი ქიმიური ნივთიერებაა. სულ მცირე, მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ ამ დროისთვის წყალბადზე მსუბუქი ნივთიერება არ არსებობს. მისი მასა ჰაერზე 14,4-ჯერ მსუბუქია, სიმკვრივე 0°C-ზე 0,0899 გ/ლ. -259,1 ° C ტემპერატურაზე წყალბადს შეუძლია დნობა - ეს არის ძალიან კრიტიკული ტემპერატურა, რომელიც არ არის დამახასიათებელი ქიმიური ნაერთების უმეტესობის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადაქცევისთვის. მხოლოდ ისეთი ელემენტი, როგორიცაა ჰელიუმი, აღემატება წყალბადის ფიზიკურ თვისებებს ამ მხრივ. წყალბადის გათხევადება რთულია, რადგან მისი კრიტიკული ტემპერატურაა (-240°C). წყალბადი არის კაცობრიობისთვის ცნობილი ყველაზე სითბოს წარმომქმნელი გაზი. ზემოთ აღწერილი ყველა თვისება წყალბადის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფიზიკური თვისებებია, რომელსაც ადამიანი იყენებს კონკრეტული მიზნებისთვის. ასევე, ეს თვისებები ყველაზე აქტუალურია თანამედროვე მეცნიერებისთვის.

წყალბადის ატომს, სხვა ელემენტების ატომებთან შედარებით, აქვს უმარტივესი სტრუქტურა: იგი შედგება ერთი პროტონისაგან.

ქმნის ატომურ ბირთვს და ერთ ელექტრონს, რომელიც მდებარეობს ls ორბიტალში. წყალბადის ატომის უნიკალურობა მდგომარეობს იმაში, რომ მისი ერთადერთი ვალენტური ელექტრონი უშუალოდ ატომური ბირთვის მოქმედების ველშია, რადგან ის არ არის დაცული სხვა ელექტრონებით. ეს აძლევს მას სპეციფიკურ თვისებებს. მას შეუძლია თავისი ელექტრონი გასცეს ქიმიურ რეაქციებში, შექმნას H + კატიონი (როგორც ტუტე ლითონის ატომები), ან დაამატოთ ელექტრონი პარტნიორისგან H- ანიონის შესაქმნელად (ჰალოგენის ატომების მსგავსად). ამიტომ, პერიოდულ სისტემაში წყალბადი უფრო ხშირად მოთავსებულია IA ჯგუფში, ზოგჯერ VIIA ჯგუფში, მაგრამ არის ცხრილების ვარიანტები, სადაც წყალბადი არ მიეკუთვნება პერიოდული ცხრილის არცერთ ჯგუფს.

წყალბადის მოლეკულა არის დიატომური - H2. წყალბადი ყველაზე მსუბუქია ყველა გაზს შორის. H2 მოლეკულის არაპოლარულობის და მაღალი სიძლიერის გამო (ე წმ\u003d 436 კჯ / მოლი) ნორმალურ პირობებში, წყალბადი აქტიურად ურთიერთქმედებს მხოლოდ ფტორთან, ხოლო განათებისას, ასევე ქლორთან და ბრომთან. როდესაც თბება, ის რეაგირებს ბევრ არამეტალთან, ქლორთან, ბრომთან, ჟანგბადთან, გოგირდთან, ავლენს შემცირების თვისებებს და ურთიერთქმედებს ტუტე და მიწის ტუტე ლითონებთან, ის არის ჟანგვის აგენტი და ქმნის ამ ლითონების ჰიდრიდებს:

ყველა ორგანოგენს შორის წყალბადს აქვს ყველაზე დაბალი ფარდობითი ელექტრონეგატიურობა (0E0 = 2.1), შესაბამისად, ბუნებრივ ნაერთებში წყალბადი ყოველთვის ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +1. ქიმიური თერმოდინამიკის პოზიციიდან გამომდინარე, წყალბადი წყლის შემცველ ცოცხალ სისტემებში ვერ წარმოქმნის არც მოლეკულურ წყალბადს (Н2) და არც ჰიდრიდულ იონს (Н~). მოლეკულური წყალბადი ნორმალურ პირობებში ქიმიურად არააქტიურია და ამავდროულად მეტად აქროლადია, რის გამოც მას არ შეუძლია ორგანიზმში შეკავება და ნივთიერებათა ცვლაში მონაწილეობა. ჰიდრიდის იონი ქიმიურად უკიდურესად აქტიურია და დაუყოვნებლივ ურთიერთქმედებს თუნდაც ძალიან მცირე რაოდენობით წყალთან მოლეკულური წყალბადის წარმოქმნით. მაშასადამე, წყალბადი ორგანიზმში არის ან სხვა ორგანოგენებთან ნაერთების სახით, ან H + კატიონის სახით.

ორგანული ელემენტებით წყალბადი ქმნის მხოლოდ კოვალენტურ კავშირებს. პოლარობის ხარისხის მიხედვით, ეს ობლიგაციები განლაგებულია შემდეგი თანმიმდევრობით:

ეს სერია ძალიან მნიშვნელოვანია ბუნებრივი ნაერთების ქიმიისთვის, რადგან ამ ობლიგაციების პოლარობა და მათი პოლარიზება წინასწარ განსაზღვრავს ნაერთების მჟავე თვისებებს, ანუ პროტონის წარმოქმნასთან დისოციაციას.

მჟავა თვისებები.ელემენტის ბუნებიდან გამომდინარე, რომელიც ქმნის X-H კავშირს, განასხვავებენ მჟავების 4 ტიპს:

OH- მჟავები (კარბოქსილის მჟავები, ფენოლები, სპირტები);

SH-მჟავები (თიოლები);

NH- მჟავები (ამიდები, იმიდები, ამინები);

CH-მჟავები (ნახშირწყალბადები და მათი წარმოებულები).

S-H ბმის მაღალი პოლარიზადობის გათვალისწინებით, მჟავების შემდეგი სერია შეიძლება შედგეს მათი დისოციაციის უნარის მიხედვით:

წყალბადის კათიონების კონცენტრაცია წყლის გარემოში განსაზღვრავს მის მჟავიანობას, რომელიც გამოიხატება pH მნიშვნელობის გამოყენებით pH = -lg (სექ. 7.5). სხეულის ფიზიოლოგიური გარემოს უმეტესობას აქვს ნეიტრალთან ახლოს რეაქცია (pH = 5.0-7.5), მხოლოდ კუჭის წვენში pH = 1.0-2.0. ეს უზრუნველყოფს, ერთი მხრივ, ანტიმიკრობულ ეფექტს, კლავს ბევრ მიკროორგანიზმს, რომელიც კუჭში შედის საკვებით; მეორეს მხრივ, მჟავე გარემოს აქვს კატალიზური ეფექტი ცილების, პოლისაქარიდების და სხვა ბიოსუბსტრატების ჰიდროლიზში, რაც ხელს უწყობს საჭირო მეტაბოლიტების წარმოებას.

რედოქსის თვისებები.მაღალი დადებითი მუხტის სიმკვრივის გამო, წყალბადის კატიონი არის საკმაოდ ძლიერი ჟანგვის აგენტი (f° = 0 V), რომელიც ჟანგავს აქტიურ და საშუალო აქტივობის ლითონებს მჟავებთან და წყალთან ურთიერთობისას:

ცოცხალ სისტემებში არ არსებობს ასეთი ძლიერი შემცირების აგენტები და წყალბადის კათიონების ჟანგვის ძალა ნეიტრალურ გარემოში (pH = 7) მნიშვნელოვნად შემცირებულია (f° = -0,42 V). ამრიგად, ორგანიზმში წყალბადის კატიონი არ ავლენს ჟანგვის თვისებებს, მაგრამ აქტიურად მონაწილეობს რედოქს რეაქციებში, რაც ხელს უწყობს საწყისი ნივთიერებების რეაქციის პროდუქტებად გადაქცევას:

ყველა მოყვანილ მაგალითში წყალბადის ატომებს არ შეუცვლიათ ჟანგვის მდგომარეობა +1.

შემცირების თვისებები დამახასიათებელია მოლეკულური და განსაკუთრებით ატომური წყალბადისთვის, ანუ წყალბადისთვის უშუალოდ რეაქციის გარემოში გათავისუფლების მომენტში, აგრეთვე ჰიდრიდის იონისთვის:

თუმცა, ცოცხალ სისტემებში არ არსებობს ასეთი შემცირების აგენტები (H2 ან H-) და, შესაბამისად, არ არსებობს ასეთი რეაქციები. ლიტერატურაში, მათ შორის სახელმძღვანელოებში აღმოჩენილი მოსაზრება, რომ წყალბადი ორგანული ნაერთების აღმდგენი თვისებების მატარებელია, რეალობას არ შეესაბამება; ამრიგად, ცოცხალ სისტემებში, დეჰიდროგენაზას კოენზიმის შემცირებული ფორმა, რომელშიც ბიოსუბსტრატების დონორები არიან ნახშირბადის ატომები და არა წყალბადის ატომები (სექ. 9.3.3), მოქმედებს როგორც ბიოსუბსტრატების რედუქტორი.

კომპლექსური თვისებები.წყალბადის კატიონში თავისუფალი ატომური ორბიტალის არსებობისა და თავად H + კატიონის მაღალი პოლარიზებული ეფექტის გამო, ის არის აქტიური კომპლექსური იონი. ასე რომ, წყალში წყალბადის კატიონი აყალიბებს ჰიდრონიუმის იონს H3O +, ხოლო ამიაკის თანდასწრებით ამონიუმის იონს NH4:

თანამოაზრეების ჩამოყალიბების ტენდენცია.მაღალპოლარული О-Н და N--Н ობლიგაციების წყალბადის ატომები ქმნიან წყალბადურ კავშირებს (სექ. 3.1). წყალბადის ბმის სიძლიერე (10-დან 100 კჯ/მოლ-მდე) დამოკიდებულია ლოკალიზებული მუხტების სიდიდეზე და წყალბადის ბმის სიგრძეზე, ანუ მის ფორმირებაში მონაწილე ელექტროუარყოფითი ელემენტების ატომებს შორის მანძილზე. ამინომჟავებს, ნახშირწყლებს, ცილებს, ნუკლეინის მჟავებს ახასიათებთ წყალბადის ბმის შემდეგი სიგრძე, pm:

წყალბადის ბმების გამო, წარმოიქმნება შექცევადი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება სუბსტრატსა და ფერმენტს შორის, ბუნებრივ პოლიმერებში ცალკეულ ჯგუფებს შორის, რომლებიც განსაზღვრავენ მათ მეორად, მესამეულ და მეოთხეულ სტრუქტურებს (სექციები 21.4, 23.4). წყალბადის ბმა წამყვან როლს ასრულებს წყლის, როგორც გამხსნელისა და რეაგენტის თვისებებში.

წყალი და მისი თვისებები.წყალი წყალბადის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაერთია. ორგანიზმში ყველა ქიმიური რეაქცია ხდება მხოლოდ წყლის გარემოში, წყლის გარეშე ცხოვრება შეუძლებელია. წყალი, როგორც გამხსნელი განიხილებოდა სექ. 6.1.

მჟავა-ტუტოვანი თვისებები. წყალი, როგორც რეაგენტი მჟავა-ტუტოვანი თვისებების თვალსაზრისით არის ნამდვილი ამფოლიტი (ნაწილი 8.1). ეს გამოიხატება როგორც მარილების ჰიდროლიზში (ნაწილი 8.3.1), ასევე მჟავებისა და ფუძეების დისოციაციაში წყალხსნარში (ნაწილი 8.3.2).

წყალხსნარის მჟავიანობის რაოდენობრივი მახასიათებელია pH მნიშვნელობა.

წყალი, როგორც მჟავა-ტუტოვანი რეაგენტი მონაწილეობს ბიოსუბსტრატების ჰიდროლიზის რეაქციებში. მაგალითად, ადენოზინტრიფოსფატის ჰიდროლიზი ემსახურება ორგანიზმისთვის დაგროვილი ენერგიის წყაროს, არასაჭირო ცილების ფერმენტული ჰიდროლიზი ემსახურება ამინომჟავების მიღებას, რომლებიც საწყისი მასალაა საჭირო ცილების სინთეზისთვის. ამავდროულად, H+ კათიონები ან OH– ანიონები წარმოადგენენ მჟავა-ფუძის კატალიზატორებს ბიოსუბსტრატის ჰიდროლიზის რეაქციებისთვის (სექციები 21.4, 23.4).

რედოქსის თვისებები. წყლის მოლეკულაში წყალბადიც და ჟანგბადიც სტაბილურ ჟანგვის მდგომარეობაშია. ამიტომ წყალი არ ავლენს გამოხატულ რედოქს თვისებებს. რედოქსის რეაქციები შესაძლებელია, როდესაც წყალი ურთიერთქმედებს მხოლოდ ძალიან აქტიურ შემამცირებელ ან ძალიან აქტიურ ჟანგვის აგენტებთან, ან რეაგენტების ძლიერი გააქტიურების პირობებში.

წყალი შეიძლება იყოს ჟანგვის აგენტი წყალბადის კათიონების გამო, როდესაც ურთიერთქმედებს ძლიერ შემამცირებელ აგენტებთან, როგორიცაა ტუტე და მიწის ტუტე ლითონები ან მათი ჰიდრიდები:

მაღალ ტემპერატურაზე შესაძლებელია წყლის ურთიერთქმედება ნაკლებად აქტიურ შემამცირებელ აგენტებთან:

ცოცხალ სისტემებში მათი წყლის კომპონენტი არასოდეს მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი, რადგან ეს გამოიწვევს ამ სისტემების განადგურებას ორგანიზმებიდან მოლეკულური წყალბადის წარმოქმნისა და შეუქცევად მოცილების გამო.

წყალს შეუძლია იმოქმედოს როგორც შემცირების აგენტი ჟანგბადის ატომების გამო, მაგალითად, ისეთ ძლიერ ჟანგვის აგენტთან ურთიერთობისას, როგორიცაა ფტორი:

სინათლის გავლენით და ქლოროფილის მონაწილეობით, მცენარეებში მიმდინარეობს ფოტოსინთეზის პროცესი წყლისგან O2-ის წარმოქმნით (სექ. 9.3.6):

გარდა რედოქს ტრანსფორმაციების უშუალო მონაწილეობისა, წყალი და მისი დისოციაციის პროდუქტები H+ და OH- მონაწილეობენ როგორც გარემო, რომელიც ხელს უწყობს მრავალი რედოქს რეაქციის წარმოქმნას მისი მაღალი პოლარობის გამო (=79) და იონების მიერ წარმოქმნილი მონაწილეობით. იგი საწყისი ნივთიერებების საბოლოო გარდაქმნაში (ნაწილი 9.1).

კომპლექსური თვისებები. ჟანგბადის ატომში ორი გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილის არსებობის გამო, წყლის მოლეკულა არის საკმაოდ აქტიური მონოდენტატური ლიგანდი, რომელიც ქმნის კომპლექსურ ოქსონიუმის იონ H 3 0 + წყალბადის კატიონთან და საკმაოდ სტაბილურ აკვაკომპლექსებს ლითონის კატიონებთან წყალხსნარებში. , მაგალითად [Ca (H 2 0) 6 ] 2+ , [ Fe(H 2 0) 6 ] 3+ , 2+ . ამ რთულ იონებში, კვანძის მოლეკულები კოვალენტურად არის დაკავშირებული კომპლექსურ აგენტებთან საკმაოდ მყარად. ტუტე ლითონის კათიონები არ ქმნიან აკვა კომპლექსებს, მაგრამ ქმნიან ჰიდრატირებულ კათიონებს ელექტროსტატიკური ძალების გამო. ამ კათიონების დამატენიანებელ გარსებში წყლის მოლეკულების ყოფნის დრო არ აღემატება 0,1 წმ-ს და მათი შემადგენლობა წყლის მოლეკულების რაოდენობის მიხედვით ადვილად შეიძლება შეიცვალოს.

თანამოაზრეების ჩამოყალიბების ტენდენცია. მაღალი პოლარობის გამო, რომელიც ხელს უწყობს ელექტროსტატიკურ ურთიერთქმედებას და წყალბადის ბმების წარმოქმნას, წყლის მოლეკულები სუფთა წყალშიც კი (სექ. 6.1) ქმნიან ინტერმოლეკულურ ასოციაციებს, რომლებიც განსხვავდებიან სტრუქტურით, მოლეკულების რაოდენობით და მათი დასახლებული ცხოვრების დროით. , ისევე როგორც თავად თანამოაზრეების სიცოცხლე. ამრიგად, სუფთა წყალი არის ღია რთული დინამიური სისტემა. გარე ფაქტორების გავლენის ქვეშ: რადიოაქტიური, ულტრაიისფერი და ლაზერული გამოსხივება, ელასტიური ტალღები, ტემპერატურა, წნევა, ელექტრული, მაგნიტური და ელექტრომაგნიტური ველები ხელოვნური და ბუნებრივი წყაროებიდან (კოსმოსი, მზე, დედამიწა, ცოცხალი ობიექტები) - წყალი ცვლის თავის სტრუქტურულ და ინფორმაციულ თვისებებს. და, შესაბამისად, იცვლება მისი ბიოლოგიური და ფიზიოლოგიური ფუნქციები.

გარდა თვითმმართველობის ასოციაციისა, წყლის მოლეკულები ატენიანებენ იონებს, პოლარულ მოლეკულებს და მაკრომოლეკულებს, ქმნიან დამატენიანებელ გარსებს მათ გარშემო, რითაც სტაბილიზდება მათ ხსნარში და ხელს უწყობს მათ დაშლას (ნაწილი 6.1). ნივთიერებები, რომელთა მოლეკულები არაპოლარული და შედარებით მცირე ზომისაა, მხოლოდ ოდნავ დაიშლება წყალში და ავსებს მის ასოცირებულთა სიცარიელეს გარკვეული სტრუქტურით. ამ შემთხვევაში, ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების შედეგად, არაპოლარული მოლეკულები აყალიბებენ მათ გარშემო არსებულ ჰიდრატაციის გარსს, აქცევენ მას სტრუქტურირებულ ასოციაციად, ჩვეულებრივ ყინულის მსგავსი სტრუქტურით, რომლის შიგნითაც მდებარეობს ეს არაპოლარული მოლეკულა.

ცოცხალ ორგანიზმებში წყლის ორი კატეგორიის გამოყოფა შეიძლება - „შეკრული“ და „თავისუფალი“, ეს უკანასკნელი, როგორც ჩანს, მხოლოდ უჯრედშორის სითხეშია (სექ. 6.1). შეკრული წყალი, თავის მხრივ, იყოფა „სტრუქტურირებულ“ (ძლიერად შეკრულ) და „დაშლილ“ (სუსტად შეკრულ ან ფხვიერ) წყალად. ალბათ, ყველა ზემოაღნიშნული გარეგანი ფაქტორი გავლენას ახდენს ორგანიზმში წყლის მდგომარეობაზე, ცვლის თანაფარდობებს: "სტრუქტურირებული" / "განადგურებული" და "შეკრული" / "თავისუფალი" წყალი, ასევე მისი სტრუქტურული და დინამიური პარამეტრები. ეს გამოიხატება ორგანიზმის ფიზიოლოგიური მდგომარეობის ცვლილებებში. შესაძლებელია, რომ უჯრედშიდა წყალი განუწყვეტლივ განიცდის რეგულირებულ, ძირითადად ცილებით, პულსირებულ გადასვლას "სტრუქტურირებული" მდგომარეობიდან "განადგურებულ" მდგომარეობამდე. ეს გადასვლები დაკავშირებულია უჯრედიდან დახარჯული მეტაბოლიტების (შლაკების) გამოდევნასთან და საჭირო ნივთიერებების შეწოვასთან. თანამედროვე თვალსაზრისით წყალი მონაწილეობს ერთიანი უჯრედშორისი სტრუქტურის ფორმირებაში, რის გამოც მიიღწევა სასიცოცხლო პროცესების მოწესრიგება. მაშასადამე, ა.სცენტ-გიორგის ხატოვანი გამოთქმის მიხედვით, წყალი სხეულში არის „სიცოცხლის მატრიცა“.

წყალი ბუნებაში. წყალი დედამიწაზე ყველაზე მნიშვნელოვანი და ფართოდ გავრცელებული ნივთიერებაა. დედამიწის ზედაპირი 75% წყლით არის დაფარული. მსოფლიო ოკეანის მოცულობა 1,4 მილიარდი კმ3-ია. იგივე რაოდენობის წყალი გვხვდება მინერალებში კრისტალიზაციის წყლის სახით. ატმოსფერო შეიცავს 13 ათასი კმ 3 წყალს. ამავდროულად, სასმელი და საყოფაცხოვრებო საჭიროებისთვის შესაფერისი მტკნარი წყლის მარაგი საკმაოდ შეზღუდულია (ყველა მტკნარი წყლის რეზერვუარის მოცულობა 200 ათასი კმ 3). ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოყენებული მტკნარი წყალი შეიცავს სხვადასხვა მინარევებს 0,05-დან 1 გ/ლ-მდე, ყველაზე ხშირად ეს არის მარილები: ბიკარბონატები, ქლორიდები, სულფატები, მათ შორის ხსნადი კალციუმის და მაგნიუმის მარილები, რომელთა არსებობა ამკვრივებს წყალს (ნაწილი 14.3). ამჟამად წყლის რესურსების დაცვა და ჩამდინარე წყლების გაწმენდა ყველაზე აქტუალური გარემოსდაცვითი პრობლემაა.

ჩვეულებრივ წყალში არის დაახლოებით 0,02% მძიმე წყალი D2O (D - დეიტერიუმი). ის გროვდება ჩვეულებრივი წყლის აორთქლების ან ელექტროლიზის დროს. მძიმე წყალი ტოქსიკურია. მძიმე წყალი გამოიყენება ცოცხალ ორგანიზმებში წყლის მოძრაობის შესასწავლად. მისი დახმარებით დადგინდა, რომ ზოგიერთი მცენარის ქსოვილებში წყლის მოძრაობის სიჩქარე 14 მ/სთ-ს აღწევს, ხოლო ადამიანის მიერ დალეული წყალი 2 საათში მთლიანად ნაწილდება მის ორგანოებსა და ქსოვილებზე და მთლიანად გამოიყოფა ორგანიზმიდან. მხოლოდ ორი კვირის შემდეგ. ცოცხალი ორგანიზმები შეიცავს 50-დან 93%-მდე წყალს, რომელიც შეუცვლელი მონაწილეა ყველა სასიცოცხლო პროცესში. ცხოვრება წყლის გარეშე შეუძლებელია. 70 წლის სიცოცხლის ხანგრძლივობით ადამიანი საკვებთან და სასმელთან ერთად მოიხმარს დაახლოებით 70 ტონა წყალს.

ფართოდ გამოიყენება სამეცნიერო და სამედიცინო პრაქტიკაში გამოხდილი წყალი- უფერო გამჭვირვალე სითხე, უსუნო და უგემოვნო, pH = 5,2-6,8. ეს არის ფარმაკოპეული პრეპარატი მრავალი დოზის ფორმის მოსამზადებლად.

საინექციო წყალი(პიროგენული წყალი) - ასევე ფარმაკოპეული პრეპარატი. ეს წყალი არ შეიცავს პიროგენულ ნივთიერებებს. პიროგენები - ბაქტერიული წარმოშობის ნივთიერებები - მეტაბოლიტები ან ბაქტერიების ნარჩენი პროდუქტები, რომლებიც ორგანიზმში მოხვედრისას იწვევს შემცივნებას, ცხელებას, თავის ტკივილს და გულ-სისხლძარღვთა აქტივობის დაქვეითებას. აპიროგენული წყალი მზადდება კვანძის (ბიდისტილატის) ორმაგი დისტილაციით ასეპტიკურ პირობებში და გამოიყენება 24 საათის განმავლობაში.

განყოფილების დასასრულს, აუცილებელია ხაზი გავუსვა წყალბადის, როგორც ბიოგენური ელემენტის თავისებურებებს. ცოცხალ სისტემებში წყალბადი ყოველთვის ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +1 და გვხვდება როგორც პოლარული კოვალენტური ბმა სხვა ბიოგენურ ელემენტებთან, ან როგორც H + კატიონი. წყალბადის კატიონი არის მჟავე თვისებების მატარებელი და აქტიური კომპლექსური აგენტი, რომელიც ურთიერთქმედებს სხვა ორგანოგენების ატომების თავისუფალ ელექტრონულ წყვილებთან. რედოქსის თვისებების თვალსაზრისით, შეკრული წყალბადი სხეულის პირობებში არ ავლენს არც ჟანგვის და არც აღმდგენი აგენტის თვისებებს, თუმცა წყალბადის კატიონი აქტიურად მონაწილეობს ბევრ რედოქს რეაქციაში, მისი დაჟანგვის მდგომარეობის შეცვლის გარეშე, მაგრამ ხელს უწყობს ბიოსუბსტრატების რეაქციის პროდუქტებად გარდაქმნას. ელექტროუარყოფით ელემენტებთან მიბმული წყალბადი ქმნის წყალბადურ კავშირებს.