Вода как универсальный биологический растворитель

Вода является наиболее универсальным растворителем, что объясняется ее уникальными физико-химическими свойствами, большой химической активностью и сравнительной доступностью.

Строение молекулы воды

Атом кислорода имеет два неспаренных электрона, которые занимают две p-орбитали, расположенные под углом 90$^\circ$ друг к другу. Атом водорода имеет единственный (неспаренный) 1s-электрон. В связи со взаимным отталкиванием несвязанных друг с другом атомов валентные углы не будут прямыми.

Рисунок 1. Строение молекулы воды. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Молекула воды полярна. Это объясняется тем, что две пары электронов в ней являются общими для двух атомов водорода и атома кислорода, а две другие пары неподеленных электронов собраны с противоположной стороны кислорода. Поэтому на атомах водорода проявляются частично нескомпенсированные положительные заряды, а на кислороде - отрицательные. Благодаря полярности молекулы воды, возникает электростатическое взаимодействие молекул. То есть полярные молекулы и ионы взаимодействуют с частичными положительными и частично отрицательными концами молекулы воды, при этом положительные и отрицательные заряды притягиваются. Когда молекул воды гораздо больше, чем молекул растворенного вещества, тогда в водном растворе вокруг частиц растворенного вещества образуется гидратационная оболочка, которая позволяет частицам равномерно распределяться в толще воды.

Наличие неподеленных пар электронов у кислорода и смещение общих электронных пар обуславливает возникновение водородных связей. Наличие данных связей объясняет то, что плотность воды в жидком состоянии при 4$^\circ$ больше плотности льда.

Также обладает значительным дипольным моментом, то есть она является хорошим растворителем для веществ с ионными и полярными связями.

Химические свойства воды

Вода реагирует с металлами и неметаллами.

$\mathrm{2Na + 2H_2O \longrightarrow H_2 + 2NaOH}$

$\mathrm{3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} 4H_2 + Fe_3O_4}$

$\mathrm{CH_4 + 2H_2O \longrightarrow 4H_2 + CO_2}$

Вода реагирует с оксидами металлов и неметаллов

$\mathrm{SO_2 + H_2O \longrightarrow H_2SO_3}$

$\mathrm{CO_2 + H_2O \longrightarrow H_2CO_3}$

$\mathrm{CaO + H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2}$

Вода участвует в образовании кристаллогидратов.

$\mathrm{CuSO_4 + 5H_2O \longrightarrow CuSO_4 \cdot 5H_2 O}$

Реакция фотосинтеза.

$\mathrm{6CO_2 + 6H_2O \longrightarrow C_6H_10O_5 + 6O_2}$

Гидролиз.

Для солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, характерен необратимый гидролиз

$\mathrm{Al_2S_3 + 6H_2O \longrightarrow 2Al(OH)_3 + 3H_2S}$

Электролиз

$\mathrm{2H_2O \xrightarrow{эл.ток} 2H_2 + O_2}$