Вода не горит, потому что она уже является продуктом реакции водорода с кислородом. При обычном горении водорода выделяется энергия, а атомы образуют устойчивые молекулы H₂O. Чтобы снова получить из воды горючий водород и поддерживающий горение кислород, энергию нужно затратить.
Фраза «вода состоит из водорода и кислорода» не означает, что внутри неё находятся пузырьки двух свободных газов. Атомы соединены химическими связями и образуют вещество с совсем другими свойствами.
Что называют горением
Горение представляет собой быстро протекающую химическую реакцию, при которой вещество соединяется с окислителем и выделяет энергию. В привычном пламени окислителем чаще всего служит кислород воздуха.
Для огня одновременно нужны три условия:
- горючее вещество;
- окислитель;
- достаточная температура для начала и продолжения реакции.
Если убрать хотя бы одно условие, устойчивое пламя исчезнет. Именно поэтому воду часто используют при тушении: она охлаждает горящий материал и мешает ему получать достаточно тепла. Превращаясь в пар, вода поглощает дополнительную энергию.
Почему водород горит, а вода нет
Молекула водорода H₂ может реагировать с кислородом O₂. Упрощённо эту реакцию записывают так:
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Во время реакции старые связи разрываются, а новые связи между кислородом и водородом образуются. Итоговое состояние оказывается энергетически более выгодным, поэтому часть энергии выделяется в виде тепла и света.
У воды уже нет такого доступного пути дальнейшего окисления кислородом. Водород в её составе находится в окисленном состоянии, а сама молекула достаточно устойчива. Добавление обычного кислорода не превращает воду в топливо.
Похожий принцип можно увидеть на примере золы. Многие вещества в ней уже прошли через реакцию горения, поэтому повторно поджечь их значительно труднее или невозможно в обычных условиях.
Почему свойства вещества не равны свойствам его элементов
Химическое соединение получает новые свойства, которые нельзя определить простым сложением свойств исходных элементов. Горючий водород и поддерживающий горение кислород образуют негорючую воду. Точно так же активный металл натрий и ядовитый газ хлор вместе образуют хлорид натрия, то есть обычную поваренную соль.
Это происходит потому, что в соединении меняется распределение электронов и способ взаимодействия атомов. Важен не только набор элементов, но и то, как именно они связаны.
Вода при этом может находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии, но переход между льдом, жидкостью и паром не разрывает молекулы H₂O на водород и кислород.
Можно ли заставить воду разложиться
Воду можно разложить на водород и кислород, например с помощью электролиза. Через подходящий раствор пропускают электрический ток, и на электродах образуются газы. Однако это не самопроизвольное горение, а обратный процесс, требующий подвода энергии.
Полученный водород снова можно сжечь. При этом значительная часть запасённой химической энергии высвободится, а продуктом опять станет вода. Поэтому водород называют энергоносителем, а не первичным источником энергии: сначала его нужно получить, затратив электричество или используя другой процесс.
Простое нагревание чайника не разлагает воду на газы. При кипении молекулы H₂O только переходят в пар. Для заметного химического разложения нужны специальные условия и намного более серьёзное энергетическое воздействие.
Всегда ли водой можно тушить огонь
Негорючесть воды не означает, что она подходит для любого пожара. В некоторых ситуациях вода способна сделать происходящее опаснее.
- Раскалённый жир может резко выбросить воду в пар и разбрызгать горящее масло.
- Некоторые активные металлы реагируют с водой с выделением водорода и тепла.
- При тушении электрооборудования вода может проводить ток, особенно если в ней растворены соли.
Поэтому средство тушения выбирают по типу горящего материала. В бытовой ситуации безопаснее не экспериментировать, а отключить источник энергии, покинуть опасное место и вызвать пожарную службу.
Может ли вода участвовать в химических реакциях
Вода не является химически безразличной. Она растворяет множество веществ, участвует в кислотно-основных реакциях, взаимодействует с отдельными металлами и входит в состав продуктов разных превращений. Но участие в реакции не равнозначно горению.
Например, при реакции активного металла с водой может загореться выделившийся водород. Наблюдателю кажется, будто горит сама вода, хотя топливом служит газ, появившийся в результате взаимодействия.
Итак, вода не горит не потому, что в ней нет горючего элемента, а потому, что её атомы уже соединены в устойчивый продукт окисления водорода. Разорвать эти связи и вернуть свободные газы можно, но для этого требуется затратить энергию.
