Phoenix Criminal Lawyer
ноября 17, 2009

 


 


Химические свойства воды   Формально вода — это одно из самых простых веществ, которые послужили объектом изучения в химии и физике.

В 1783 г. английский физик Г.Кавендиш обнаружил, что воздух при пропускании через электрический разряд образует воду. Этот опыт был повторен А.Лавуазье во Франции. Пропуская воздух по раскаленной трубке, наполненной железной окалиной, он получил воду. В другом опыте он пропускал через трубку, наполненную железными опилками, водяной пар и получил окалину (окись никеля) и водород.

Через пару лет А. Лавуазье вместе со своим помощником Ж. Менье определил количественный состав воды, выяснив, что при соединении 2 г водорода и 16 г кислорода образуется 18 г воды.
Химические свойства воды

В 1805 г. немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт и французский исследователь Ж.Л.Гей-Люсак показали, что вода, разлагаясь, дает 2 объема водорода и один объем кислорода. Так была получена классическая формула воды – Н2О и рассчитан ее молекулярный вес, равный 18.

Все особенности воды определяются теми химическими элементами, из которых она состоит — кислородом и водородом. Водород — химический элемент, не имеющий ни одной заполненной электронной оболочки. Чтобы она была устойчива, ему нужен еще один электрон. Хотя положительный заряд его ядра уравновешивается зарядом единственного электрона, он обладает некоторой полярностью, вызванной незаполненностью орбиты. Следовательно, атом водорода проявляет способность притягивать к себе другие атомы. Соединившись с другим атомом, например кислорода, он обладает способностью образовывать дополнительные, водородные связи. Кислород не досчитывается двух электронов на своей периферической оболочке. Чтобы она была устойчива, ему нужно еще два электрона. Отсюда у него ярко выраженный электроположительный характер. Он вступает в реакцию со всеми атомами, отдающими электроны и является одним из наиболее реакционно -активным элементом в природе.

Соединяясь в молекулу воды, иногда даже со взрывом (гремучий газ) — два объема водорода и один объем кислорода дают устойчивую молекулу воды. Атомы особым образом располагаются в пространстве, их внешние электроны объединяются. Сегодня хорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода. Оказалось, что молекула воды нелинейна: три ядра в молекуле образуют равнобедренный треугольник с протонами в основании и кислородом в вершине.

Угол между атомами водорода составляет 104,5° В результате в молекуле воды возникает диссиметрия: кислородная часть воды имеет отрицательный заряд, а водородная — положительный. Распределение электронной плотности в молекуле воды таково, что создаются четыре полюса зарядов — два положительных и два отрицательных — за счет необобществленных пар электронов кислорода. Благодаря этой полярности, вода имеет высокий дипольный момент, а четыре полюса заряда позволяют образовать четыре связи с такими же молекулами.

Пространственная схема молекулы воды — представление о ней как о тетраэдре с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами в его вершинах. В центре такой фигуры находится атом кислорода, на двух соседних вершинах — положительно заряженные атомы водорода, а на двух других — отрицательно заряженные электроны.

Молекула воды оказывается очень устойчивой благодаря наличию ковалентной полярной связи. Атомы кислорода и водорода связаны друг с другом посредством образования электронных пар. Такую молекулу очень трудно разрушить, поэтому вода способна существовать в условиях самых сильных взаимодействий , например в космосе или в мантии земли.

Молекулы воды, имеющие полюса ведут себя как настоящие магниты. Они способны образовывать ассоциации молекул — пространственные структуры , в которых каждая вершина тетраэдра способна притянуть к себе одну молекулу воды, то есть всего 4 молекулы. Электрические взаимодействия между водородом одной молекулы и сравнительно свободными парами электронов другой образуют так называемую водородную связь. Такие связи и возникающие пространственные структуры молекул определяют межмолекулярную структуру воды, которая и является одной из причин ее уникальности.

Межмолекулярной структурой воды занимались многие ученые : Дж.Бернал, Л.Полинг, Р.Хорн и другие. В настоящее время с помощью метода рентгеноструктурного анализа расшифрована структура твердой фазы воды — льда. Молекулы воды во льду полностью ионизированы, а каждый водород находится на равном расстоянии между двумя соседними кислородными ядрами. Структура льда представляет собой каркас, в котором каждое ядро кислорода окружено четырьмя другими кислородными ядрами. Проще говоря, молекула воды имеет в структуре льда своих соседей, расположенных по тетраэдру. Следовательно, она как бы выложена гексагональными кольцами, располагающимися в пространстве слоями. В настоящее время структура льда хорошо изучена.

Наиболее хорошо разработанная модель структуры льда принадлежит Л. Полингу. Он предложил так называемую полупротонную модель молекулы Н20. Он установил, что:

? Каждая молекула воды располагается так, что два ее атома водорода направлены примерно к двум из четырех окружающих ее атомов кислорода.
? На линии кислород-кислород расположен только один протон.
Модель Полинга обсуждалась и была подвергнута экспериментальной проверке. Рассчитанные на основе этой модели параметры, в частности остаточная энтропия льда, совпали с экспериментальными. Однако и эта модель не свободна от противоречий. Экспериментальные данные показывают, что расположение протонов несколько отклоняется от рассчитанного Л. Полингом.

В парообразном состоянии все межмолекулярные связи разрываются, и парообразная вода представлена отдельными хаотически движущимися молекулами. Проблему представляет собой структура жидкой воды. В настоящее время общепринято представление о жидкой воде как о системе, имеющей двухструктурное состояние. Выяснено, что одна из структур жидкой воды — ажурная льдоподобная структура, с конфигурацией тетраэдрического типа, частично искаженная тепловым движением молекул воды. Другая структура включает молекулы воды, в которых полностью или частично разрушены водородные связи. Молекулы, не имеющие водородных связей, способны попадать в пустоты ажурного льдоподобного каркаса воды. Они могут занимать эти пустоты и вследствие изгиба водородных связей. Полярная природа самой молекулы воды и ее способность создавать сравнительно прочные межмолекулярные связи обусловливают формирование сложных ассоциатов молекул, природа которых до последнего времени не изучена полностью. Дальнейшее исследование структуры жидкой воды продолжается.

Тот факт, что молекулы воды образуют сложные ассоциации, имеет следствием аномальность многих ее физических констант.

В статье Новый вариант большого взрыва и новый 1000 вопрос рассматривается очень красивая и интересное, но по своей сущности весьма фантастическая идея.

 

Комментировать