Вода - это общее название монооксида диоксида водорода или H2O.
Молекула образуется в результате многочисленных химических реакций, включая реакцию синтеза ее элементов, водорода и кислорода.
Сбалансированное химическое уравнение для реакции таково:
2 H2 + O2 + O2 → 2 H2O
Как сделать воду
Теоретически, легко сделать воду из водорода и кислорода.
Нужно смешать два вещества вместе, добавить достаточное количество тепла, чтобы обеспечить энергию активации для начала реакции.
Простое же смешивание двух газов при комнатной температуре, однако, ничего не даст, так как молекулы водорода и кислорода в воздухе не образуют спонтанно реакцию.
Для разрыва ковалентных связей, удерживающих молекулы H2 и O2 вместе, необходима энергия.
Затем катионы водорода и анионы кислорода свободно вступают в реакцию друг с другом, делают они это из-за различий в их электроотрицательности.
Когда химические связи восстанавливаются, образуя воду, высвобождается дополнительная энергия, которая распространяет реакцию. Чистая реакция является высоко экзотермической, т.е. реакцией, сопровождающейся выделением тепла.
Две демонстрации
Одной из распространенных химических демонстраций является наполнение небольшого воздушного шарика водородом и кислородом и прикосновение к воздушному шару - с расстояния и за щитом безопасности - горящей шиной.
Более безопасным вариантом является наполнение воздушного шара газом водорода и зажигание воздушного шара в воздухе.
Ограниченный кислород в воздухе реагирует на образование воды, но в более контролируемой реакции.
Еще одна простая демонстрация заключается в пузырьке водорода добавленного в мыльную воду.
Пузырьки плавают, потому что они легче воздуха.
Зажигалка с длинной рукояткой или горящая шина может быть использована для зажигания и образования воды.
Можно использовать водород из баллона со сжатым газом или в результате нескольких химических реакций (например, реакции кислоты с металлом).
Понимание реакции
Французский химик назвал водород греческим словом водообразующий, основываясь на его реакции с кислородом.
Он был очарован реакцией горения. Для наблюдения за реакцией он разработал аппарат для формирования воды из водорода и кислорода.
По сути, в его установке использовались две емкости - одна для водорода, а другая для кислорода, - которые подавались в отдельный контейнер.
Искровой механизм инициировал реакцию, образуя воду.
Можно сконструировать устройство таким же образом, если тщательно контролировать расход кислорода и водорода, чтобы не пытаться одновременно образовывать слишком много воды. Также следует использовать термостойкий и ударопрочный контейнер.
Роль кислорода
В то время как ученые более раннего периода были знакомы с процессом образования воды из водорода и кислорода, французский ученый открыл для себя роль кислорода в горении.
Его исследования в конечном итоге опровергли теорию флогистонов, которая предполагала, что во время горения из вещества выделяется огнеподобный элемент под названием флогистон.
Он показал, что газ должен иметь массу для горения и что масса должна быть сохранена после реакции.
Реакция водорода и кислорода для получения воды была отличной реакцией окисления для изучения, потому что почти вся масса воды поступает из кислорода.
Почему мы не можем просто сделать воду?
Согласно оценкам, приведенным в докладе Организации Объединенных Наций за 2006 год, 20% населения планеты не имеют доступа к чистой питьевой воде.
Если так трудно очистить воду или опреснить морскую воду, вам может быть интересно, почему мы просто не делаем воду из ее элементов.
Реакция водорода и кислорода в основном заключается в сжигании водорода газом, за исключением того, что вместо того, чтобы использовать ограниченное количество кислорода в воздухе, вы разжигаете огонь.
Во время горения кислород добавляется в молекулу, которая в результате этой реакции образует воду.
Горение также высвобождает много энергии. Тепло и свет выделяются настолько быстро, что ударная волна расширяется наружу.
Чем больше воды делать за один раз, тем сильнее взрыв. Это работает для запуска ракет.
Таким образом, мы можем делать воду из водорода и кислорода, а химики и педагоги часто делают это в небольших количествах.
Нецелесообразно использовать этот метод в больших масштабах из-за опасности и гораздо более дорогостоящей очистки водорода и кислорода для протекания реакции, чем для получения воды другими способами, очистки загрязненной воды или конденсации водяного пара из воздуха.