Вода — это оксид водорода. Если отвечать кратко на вопрос «вода это оксид?», то да: молекула воды состоит из двух химических элементов — водорода и кислорода, причём кислород в ней имеет степень окисления −2. Химическая формула вещества — H_2O. Однако привычное слово «вода» описывает не только соединение, но и жидкость с растворёнными солями, газами и другими примесями, поэтому школьное определение полезно дополнить несколькими уточнениями.
Разберём, почему воду относят к оксидам, как правильно назвать это соединение, чем молекула отличается от порции жидкости и почему свойства воды необычны даже среди оксидов.
Краткий ответ: вода — это оксид или нет
В химической классификации чистая вода является бинарным неорганическим соединением кислорода с водородом. Такие соединения называют оксидами, если кислород связан с другим, менее электроотрицательным элементом и проявляет степень окисления −2. Водород менее электроотрицателен, чем кислород, поэтому H_2O соответствует этому определению.
Название «оксид водорода» подчёркивает состав. В справочной химической номенклатуре также встречается название «оксидан», а в обычной речи употребляется исторически закрепившееся слово «вода».
Что такое оксид
Оксид — сложное вещество, образованное двумя химическими элементами, один из которых кислород. В обычных оксидах кислород имеет степень окисления −2. Примеры: оксид магния MgO, диоксид углерода CO_2, оксид серы(VI) SO_3.
Не всякое соединение с кислородом автоматически называют оксидом. Пероксиды, супероксиды и соединения кислорода с фтором рассматривают отдельно, поскольку степени окисления и характер связи в них отличаются.
Почему вода это оксид водорода
В молекуле воды два атома водорода связаны с одним атомом кислорода полярными ковалентными связями. Степень окисления каждого атома водорода равна +1, кислорода — −2. Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю:
2 \cdot (+1) + (-2) = 0Вещество состоит только из водорода и кислорода, следовательно, оно бинарное. По составу и степеням окисления вода относится к оксидам.
Формула и молярная масса воды
Формула H_2O показывает, что в одной молекуле находятся два атома водорода и один атом кислорода. Относительная молекулярная масса близка к 18,015, а молярная масса — примерно 18,015 г/моль:
M(H_2O)=2M(H)+M(O)\approx18{,}015\ \text{г/моль}Подробнее о расчётах можно прочитать в материале «Молярная масса воды».
Как устроена молекула H2O
Молекула воды имеет угловую, а не линейную форму. Угол между связями O–H составляет около 104,5°. У кислорода есть две связывающие и две неподелённые электронные пары. Отталкивание электронных пар создаёт характерную геометрию молекулы.
Кислород сильнее притягивает общие электроны, поэтому возле него возникает частичный отрицательный заряд, а возле атомов водорода — частичный положительный. Молекула становится полярной.
Водородные связи между молекулами
Положительно поляризованный атом водорода одной молекулы притягивается к кислороду соседней. Возникает водородная связь. Она слабее ковалентной связи внутри молекулы, но множество таких взаимодействий заметно влияет на свойства жидкости.
Водородные связи объясняют сравнительно высокую температуру кипения воды, большое поверхностное натяжение и теплоёмкость. С этим связаны образование капель, капиллярный подъём и способность воды сглаживать перепады температуры.
К какому типу оксидов относится вода
В школьной классификации воду обычно относят к несолеобразующим, или нейтральным, оксидам. Она не образует соль при простом взаимодействии с кислотой или щёлочью так, как это делают основные и кислотные оксиды. При этом вода активно участвует в кислотно-основных процессах и может принимать или отдавать протон.
Поэтому слово «нейтральный» не означает химическую безучастность. Оно описывает место вещества в упрощённой классификации оксидов.
Вода как амфотерное вещество
Молекула воды способна вести себя и как кислота, и как основание. При взаимодействии с сильной кислотой она принимает протон и образует ион гидроксония H_3O^+. При взаимодействии с сильным основанием вода может отдать протон и образовать OH^-.
В чистой воде постоянно происходит обратимый перенос протона:
2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-Равновесие сильно смещено в сторону молекул воды, поэтому концентрации ионов невелики.
Как образуется вода из простых веществ
Вода образуется при реакции водорода с кислородом:
2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2OРеакция экзотермическая и сопровождается выделением большого количества энергии. Смесь водорода с кислородом взрывоопасна, поэтому опыт проводят только в специально оборудованной лаборатории с соблюдением правил безопасности.
Можно ли разложить воду
При электролизе электрическая энергия используется для разложения воды. В упрощённом виде суммарное уравнение записывают так:
2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2На одном электроде выделяется водород, на другом — кислород. Объём водорода при одинаковых условиях примерно вдвое больше объёма кислорода, что соответствует соотношению атомов в формуле.
Чистое вещество и обычная вода — не одно и то же
Химическая формула H_2O относится к чистому веществу. Водопроводная, речная, морская и минеральная вода являются растворами. Помимо молекул H2O, они содержат ионы солей, растворённые газы, органические соединения и мельчайшие частицы.
Например, солёность морской воды создаётся не другой формой оксида водорода, а растворёнными веществами. О причинах различий можно прочитать в статье «Почему в морях и океанах вода солёная, а в реках пресная?».
Является ли лёд оксидом
Лёд, жидкая вода и водяной пар состоят преимущественно из молекул H_2O. Меняется агрегатное состояние и расположение молекул, но химический состав сохраняется. Следовательно, лёд тоже является твёрдым оксидом водорода, а пар — его газообразным состоянием.
Различия между состояниями подробно разобраны в статье «Агрегатные состояния воды».
Почему вода жидкая при комнатной температуре
У близких по составу соединений элементов группы кислорода температуры кипения обычно ниже. Вода выбивается из этого ряда из-за развитой сети водородных связей. Для перехода в газ требуется не только увеличить скорость молекул, но и разрушить значительную часть межмолекулярных взаимодействий.
Именно поэтому при обычных условиях вода остаётся жидкостью, хотя её молекула мала и имеет невысокую молярную массу.
Чем вода отличается от других оксидов
| Свойство | Вода | Многие другие оксиды |
|---|---|---|
| Состояние при комнатной температуре | Жидкость | Твёрдые вещества или газы |
| Межмолекулярные связи | Развитая сеть водородных связей | Водородные связи обычно отсутствуют |
| Роль в растворах | Полярный растворитель | Зависит от конкретного оксида |
| Кислотно-основное поведение | Может принимать и отдавать протон | Чаще выражен один тип свойств |
| Биологическая роль | Основная среда клеточных процессов | Обычно более ограниченная |
Почему вода хорошо растворяет вещества
Полярные молекулы воды ориентируются вокруг ионов и полярных частиц растворяемого вещества. Так формируются гидратные оболочки, которые помогают отделить частицы друг от друга и распределить их по объёму раствора. Неполярные вещества, например многие масла, растворяются значительно хуже.
Выражение «универсальный растворитель» условно: вода растворяет очень многое, но далеко не всё.
Оксид водорода и перекись водорода
Воду нельзя путать с перекисью водорода H_2O_2. В перекиси кислород имеет степень окисления −1, а между атомами кислорода есть связь O–O. Это другое вещество с иными химическими и биологическими свойствами.
Совпадение двух элементов в составе не делает вещества одинаковыми: значение имеют число атомов, строение молекулы и типы связей.
Распространённые ошибки
- «Вода состоит из кислорода и водорода как смесь». Нет, в чистой воде атомы химически связаны в молекулы.
- «В жидкости отдельно плавают атомы H и O». При обычных условиях преобладают молекулы H_2O.
- «Любое вещество с кислородом — оксид». Существуют пероксиды, супероксиды и другие классы.
- «Нейтральный оксид никогда не реагирует». Вода участвует во множестве реакций.
Где пригодится знание классификации
Понимание того, что вода — оксид, связывает несколько школьных тем: классы неорганических соединений, степени окисления, химические связи, электролиз, растворы и кислотно-основные реакции. Это помогает не просто запомнить формулу, а увидеть общую логику химии.
Частые вопросы
Вода — это оксид неметалла?
Да. Водород относится к неметаллам, поэтому воду можно назвать оксидом неметалла.
Как называется H2O по химической номенклатуре?
Употребляются названия «оксид водорода» и «оксидан». Общеупотребительное название — вода.
Почему воду не называют гидроксидом водорода?
Формальная запись H–OH не означает, что чистое вещество является обычным гидроксидом металла. Вода — молекулярное бинарное соединение.
Пар остаётся оксидом?
Да. При испарении меняется агрегатное состояние, а молекулы сохраняют состав H_2O.
Вода — простое или сложное вещество?
Сложное, потому что образована атомами двух химических элементов.
Вывод
Вода это оксид водорода, бинарное неорганическое соединение с формулой H_2O. Её молекула полярна и имеет угловую форму, а водородные связи создают необычный комплекс физических свойств. В природной воде присутствуют примеси, но основное вещество в ней остаётся тем же оксидом водорода.
