строение воды как физического тела - гидрофизика
Строение молекулы воды
Строение воды
Вода оксид водорода Н 2 О — простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Как ранее говорилось, в природе существует три изотопа водорода — легкий водород Н 1 , дейтерий D Н 2 и тритий Н 3 и три изотопа кислорода — О 16 , О 17 и О Искусственно получены в ускорителях сверхтяжелые изотопы водорода Н 4 и Н 5 и шесть изотопов кислорода: Теоретически пять изотопов водорода и девять изотопов кислорода могут образовать разновидностей молекулы воды, из которых устойчивыми являются девять, включающих стабильные изотопы. Молекула воды имеет угловое строение: Межъядерные расстояния О — Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм. Из шести электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды, две электронные пары образуют ковалентные связи О-Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподелённые электронные пары рисунок 1. Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов, получится объемная геометрическая фигура — правильный тетраэдр рисунок 1 [19,20]. С позиций метода валентных связей образование химических связей в молекуле воды можно объяснить за счёт перекрывания двух одноэлектронных p-облаков атома кислорода и одноэлектронных s-облаков двух атомов водорода. Ввиду того что участвующие в образовании химических связей p-облака кислорода расположены относительно друг друга под углом в 90 , валентный угол НОН должен был также соответствовать этому значению. Однако в действительности он состовляет ,5. Отклонение валентного угла от ожидаемого можно объяснить с двух позиций. Согласно одной из них увеличение валентного угла с 90 до ,5 можно объяснить отталкиванием атомов водорода, который вследствие большой разности в электроотрицательности с кислородом разность составляет 1,4 по шкале Полинга приобретают в молекуле воды частичный положительный заряд плюс 0,33 на каждом атоме. Эффективный заряд атома кислорода составляет минус 0, С точки зрения концепции гибридизации атом кислорода должен находится в состоянии sp 3 -гибридизации, в которой принимают участие две орбитали с неподелёнными электронными парами и две орбитали, осуществляющие связи с водородом. В соответствии с этим валентный угол между тетраэдрически расположенными в пространстве орбиталями кислорода должен составить порядка ,5. Отклонение валентного угла НОН от тетраэдрического можно объяснить тем, что электронные пары связи О — Н занимают в пространстве меньший объём, чем неподелённые пары кислорода [3]. Во-первых, из-за неравномерности распределения электронной плотности валентных электронов молекула Н 2 О представляет собой диполь с отрицательным полюсом на кислороде и положительным со стороны атома водорода. Дипольный момент воды составляет 6,17 10 Кл м. Это достаточно большая величина. Для сравнения, дипольный момент метана равен 0, аммиака — 4,44 10 Кл м. Во-вторых, большой дипольный момент воды является причиной возникновения диполь-дипольных и ион-дипольных взаимодействий в водных растворах. В-четвёртых, неподелённые электронные пары кислорода позволяют Н 2 О выступать в качестве лиганда с образованием комплексных соединений [3]. Вода имеет очень высокие температуры замерзания 0 и кипения рисунок 2. Это позволяет ей существовать во всех агрегатных состояниях: Из одиночных молекул вода состоит в парообразном состоянии. При температуре ниже температуры кипения, когда кинетическая энергия молекул становится ниже их потенциальной энергии взаимодействия, вода, как и любое вещество в этом случае, переходит в жидкое состояние. Но температура этого фазового перехода для воды почти на выше, чем это следовало бы ожидать из характера того межмолекулярного взаимодействия, которое должно осуществлять между подобными ей по составу молекулами, например сероводорода. Высокая полярность воды является лишь одной из причин ассоциации молекул воды, которые могут комбинироваться по две, три и более вследствие взаимного притяжения противоположно заряженных концов диполя [3]. Главной причиной образования ассоциатов Н 2 О х являются водородные связи [3]. В твердом состоянии атом кислорода каждой молекулы воды образует две водородные связи показаны пунктиром с соседними молекулами по схеме рисунок 4 [4]. Благодаря им жидкая вода — это не разупорядоченное движение молекул, а состояние, близкое к аморфному. В нём молекулы воды ассоциированы в агрегаты Н 2 О х — кластеры со степенью ассоциации до молекул воды при 0 , до 90 — при 20 , до 60 — при 72 рисунок 5 [3]. Время жизни таких кластеров небольшое 10 — 10 с. Последняя величина рассчитана из предположения плотной упаковки молекул Н 2 О с радиусом, равным 1,38 , который определен из размеров кристаллической решетки льда [3]. Схема кристаллической решетки льда представлена на рисунке 6. Каждая молекула Н 2 О черные шарики окружена тетраэдрически четырьмя другими молекулами — тремя из того же слоя и одной из соседнего слоя молекул. Структура льда является наименее плотной структурой. Ее особенность заключается в наличии пустот, размеры которых превышают размеры молекул Н 2 О. При плавлении льда часть водородных связей разрушается, и в пустотах оставшихся агрегатов могут разместиться отдельные молекулы воды, вследствие чего достигается более плотная упаковка молекул. Поэтому при плавлении льда объем воды уменьшается, а плотность возрастает. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Молекула воды Вода оксид водорода Н 2 О — простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Строение воды Молекула воды имеет угловое строение: Рисунок 1 — Модели строения молекулы воды [3] Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Особенности строения молекулы воды имеют важные следствия. В-третьих, молекула воды образует водородные связи. Рисунок 2 — Аномалии точек кипения и замерзания воды Рисунок 3 — Агрегаты состояния воды: Рисунок 4 — Схема образования водородных связей [4] Рисунок 5 — Некоторые возможные структуры кластеров воды Время жизни таких кластеров небольшое 10 — 10 с. Рисунок 6 — Кристаллическая решетка льда [4].
В магазине книги Масару Эмото. Рекомендуем - книги Батмангхелиджа о воде и о лечении водой. Обратный осмос под мойку. Фильтры Новая Вода Expert. Если нам захочется посмотреть, как устроена молекула воды, то придется в первую очередь вспомнить ее состав. Молекула воды состоит из одного атома кислорода, связанного ковалентной связью с двумя атомами водорода H 2 O формула воды. В молекуле воды главное действующее лицо - атом кислорода. Вспомним его энергетическую диаграмму рисунок слева: Два неспаренных р-электрона атома кислорода О очень реакционноспособны. Они всегда готовы образовать химические связи с двумя s-электронами атомов водорода. Так выглядит перекрывание р-орбиталей кислорода с s-орбиталями двух атомов водорода рисунок справа: Таким образом, из двух атомов водорода и одного атома кислорода получается угловая молекула воды которую можно условно изобразить еще так:. Химические связи эти полярные: Вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода - положительный. Поэтому и вся молекула воды тоже попадает в отряд "химических полярников" - веществ, молекулы которых представляют собой электрические диполи. Строение молекулы воды Н 2 О можно проанализировать с помощью метода молекулярных орбиталей МО. Схема молекулярных орбиталей молекулы воды приведена ниже. Схема расположения координатных осей а и энергетическая диаграмма орбиталей молекулы Н 2 О б. Для построения схемы молекулярной орбитали молекулы воды Н 2 О совместим начало координат с атомом кислорода, а атомы водорода расположим в плоскости xz Подробнее см. Грей "Электроны и химическая связь",М. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prantice Hall Int. В формировании суммарной молекулярной орбитали воды принимают участие отдельные атомные орбитали водорода и кислорода, обладающие одинаковой симметрией и близкими энергиями. Однако вклад атомных орбиталей атомов водорода и кислорода в образование общей молекулярной орбитали молекулы воды разный, что отражается в разных величинах коэффициентов в соответствующих линейных комбинациях атомных орбиталей. Перекрывание 2s а , 2p x- б и 2p я в орбиталей атома кислорода с 1s-орбиталями двух атомов водорода молекулы воды. Электроны на связывающих 2а 1 и 1b 1 орбиталях обеспечивают связи ОН, а на несвязывающих 3а 1 и 1b 2 орбиталях соответствуют свободным электронным парам в молекуле Н 2 О, как это описывается в рамках метода валентных связей. Принципиальным отличием метода молекулярных орбиталей от метода валентных связей является разная энергия ионизации занятых молекулярных орбиталей, составляющая в эВ Метод молекулярных связей в отличие от метода валентных связей позволяет оценить разницу в энергиях молекулярных орбиталей. В частности, существенным является различие в энергии двух несвязывающих орбиталей 3а 1 и 1b 2. Это связано с различной природой орбиталей - 1b 2 локализована на атоме кислорода, тогда как 3а 1 образована с участием атомной орбитали водорода и кислорода и не является локализованной. Локализация электронов на 1b 2 молекулярной орбитали приводит к тому, что отрицательный заряд в молекуле Н 2 О сосредоточен вблизи атома кислорода, а положительный - вблизи атомов водорода. Это соответствует и простым соображениям электроотрицательности: Так как у молекулы Н 2 О в образовании связей принимают в основном участие 2р-орбитали кислорода и 1s-орбитали водорода, то можно ожидать, что угол НО- Н должен быть близким к 90о. Однако из эксперимента следует, что этот угол равен Причина такого различия заключается в том, что этот угол соответствует минимуму энергии. Согласно квантово-механическим расчетам, энергия молекулы зависит не только от энергии молекулярных орбиталей и числа электронов на них, но и от валентного угла НО- Н. В приближении метода валентных связей увеличение угла НО- Н от 90о характерного для взаимодействия р-орбиталей до При переходе от Н 2 О к другим двухатомным молекулам Н 2 S, H 2 Se и H 2 Te диаграммы молекулярных орбиталей изменяются, что обусловлено увеличением энергий исходных АО халькогенов: Поэтому растет участие ns-атомных орбиталей халькогена в образовании молекулярных орбиталей. При этом несвязывающий характер орбиталей nb 2 сохраняется, а связывающий характер орбиталей 2а 1 усиливается. В целом, по мере увеличения энергии атомных орбиталей nsи nруменьшается разность сумм энергий молекулярных и атомных орбиталей, которые характеризуют прочность молекул Н 2 Э. Вклады nратомных орбиталей атомов халькогенов в энергию молекулярной орбитали уменьшаются, и соответственно понижается локализация электронов на атомах и полярность молекул. Вероятно, благодаря этому уменьшаются валентные углы НЭ- Н в молекулах халькогенов. Именно так, с точки зрения теории молекулярных орбиталей, объясняется понижение устойчивости молекул H 2 S, H 2 Sе, H 2 Te по сравнению с молекулой Н 2 О. Вода Вода и нанотехнологии Удивительная вода Виды воды Кремниевая вода Магнитная вода Серебряная вода Золотая вода Медная вода Шунгитная вода Питьевая вода Витализация воды Ваше тело просит воды Виды бутилированной воды Бутилированная вода Очистка питьевой воды Озоновая очистка воды Очистка питьевой воды. ФИЛЬТРЫ Пи-вода Мембранные фильтры Тяжелая и легкая вода Аминокислоты и белки Метилотрофные бактерии Рост бактерий Basillus subtilis Письма, отзывы, характеристики Легкая вода Талая вода. Протиевая вода Кристаллы воды, лёд, снег Антигололёдные средства Масару Эмото. Кристаллы льда Энергетика воды, свойства и память Масару Эмото. Энергия воды Память воды Активация воды ОВП воды Водородная энергетика Патент на гидродвигатель Вода на планете и в космосе Мировые запасы воды и её опреснение Реки Озёра, пруды Океан Море Вода в космосе Ответы на Ваши вопросы Очистка и активация воды, фильтры О талой протиевой воде Лёд и другие состояния воды Вода на планете Качество воды Методы, технологии водоподготовки Вода и здоровье Новости, информация Выставки, мероприятия, фильмы Биографии учёных По вашим письмам Информация от наших читателей Книга экология воды М. Бармин СанПиН - питьевая вода Патенты о воде Научная информация о воде Зарождение жизни Лёд Турбулентность ENGLISH Water Clusters Кластерная структура Water Mosin O. Лечение водой В магазине книги Масару Эмото. Энергия воды Рекомендуем - книги Батмангхелиджа о воде и о лечении водой. Кувшинные фильтры, картриджи Статья Фильтры Барьер. Обратный осмос, очистка воды Обратный осмос под мойку. English version Water is the foundation of life. Строение молекулы воды К. Таким образом, из двух атомов водорода и одного атома кислорода получается угловая молекула воды которую можно условно изобразить еще так: Из этих данных и умозаключений можно сделать следующие выводы. Молекула Н 2 О диамагнитна.
Какую делать гимнастику если болят ноги
Ирис карловы вары отель
Расписание автобусов ростов курганинск
Можно ли крестить ребенка брату
Lock на карте памяти как работает