A vízmolekula

Víz (hidrogén-oxid) H2 O - legegyszerűbb stabil vegyületet hidrogén és oxigén. 18,0160 Molekulatömeg vizet, hidrogénné kell 11,19 tömeg%, és az oxigén - 88,81%.

Mint korábban említettük, a természetben három hidrogén izotópjai - 1 H könnyű hidrogén deutérium D (H 2) és a trícium (H 3) és három az oxigén izotópjai - 16 O O O 17 és 18. A mesterségesen előkészített gyorsítók szupernehéz hidrogén izotópok H 4 és H 5 és hat oxigén izotópok: három könnyű - O O 13. 14. 15. A két nehéz - 19. O O 20, és egy SuperCarrier - O 24. Elméletileg, öt és kilenc hidrogén izotópjai oxigén izotópok alkothat 135 fajták vízmolekula , amelyek közül kilenc stabilak tartalmazó stabil izotópok. A természetes víz aránya Körülbelül 16 van 99,75 tömeg%, a részesedése 18 O - 0,2%, a D 17 - 0,04% és N 1 H 2 O 16 - körülbelül 0,093%; A másik öt faj nyomokban jelen. [4]

A szerkezet a víz

A vízmolekula szögletes szerkezetű: belépő annak szerkezete a sejtmagba alkotnak egy egyenlő szárú háromszög, amelynek a bázisa az két hidrogénatom, és egy felső - az oxigénatom. Internukleáris távolság O - N közel 0,1 nm, a távolság a magok a hidrogénatomok 0,15 nm. A hat elektronok alkotó külső elektronikus réteg a oxigénatom a vízmolekula, két elektronpár kovalens kötést képez O-H, és a fennmaradó négy elektronok két osztatlan elektronpár (1. ábra).

1. ábra - modell a vízmolekula-struktúra áll [3]

A víz molekula kis dipólus tartalmazó pozitív és negatív töltések a sarkokon. Körülbelül hidrogén atommag van egy hátránya az elektronsűrűség, és a szemközti oldalon a molekula körülbelül az oxigén atommagok megfigyelt elektronsűrűség feleslegben. Ez a struktúra, és meghatározza a polaritás a vízmolekulák. Ha csatlakoztatja egyenes vonalak a epicentrumok a pozitív és negatív töltések, a hangerőt geometriai alakzat - szabályos tetraéder (1. ábra) [19,20].

Abból a szempontból a módszer vegyértékkötés képződését kémiai kötések vízmolekulák lehet magyarázni átfedés miatt a két p-egy-elektron felhő oxigénatomot és s-egyetlen elektron felhők a két hidrogénatom. Tekintettel arra, hogy részt vesz a kialakulását a kémiai kötések p-felhő az oxigén vannak elrendezve egymáshoz képest szögben 90, a vegyérték szög HOH is meg kell felelnie az ezt az értéket. A valóságban azonban ő komponálja 104,5. Kötésszög eltérés a várható magyarázható két szempontból.

Az egyik szerint a nekik növelni a kötés szög 90 megmagyarázni 104,5mozhno taszítás hidrogénatomok, amelyek miatt a nagy különbség elektronegativitása oxigén (a különbség a 1.4 a Pauling-skála) veszi a vízmolekula parciális pozitív töltéssel rendelkezik (plusz 0,33 mindegyik atom). A hatásos töltet oxigénatom mínusz 0,66.

Szemszögéből hibridizációs koncepció oxigénatom kell lennie állapotban sp3 hibridizációs amelyben részt két orbitális a osztatlan elektronpár és két orbitális való kommunikáció végrehajtása hidrogénatom. Ennek megfelelően, a kötés közötti szög tetraéderesen elrendezett pályák az oxigén a térben kell lennie körülbelül 109,5. HOH kötésszög eltérése tetraéderes lehet azzal a ténnyel magyarázható, hogy az elektron pár az O - H foglalnak el helyet kisebb térfogatú, mint osztatlan pár oxigén [3].

Jellemzői a vízmolekula-struktúra jelentős következményekkel járhat.

Először is, az egyenlőtlen eloszlása ​​elektronsűrűség a vegyérték elektronok H2 O molekula egy dipólus negatív pólus a pozitív és az oxigént a hidrogénatom. A dipólusmomentuma víz 6,1710 -30 CML-ben. Ez egy meglehetősen nagy érték. Összehasonlításképpen, a dipólmomentum 0 metán, ammónia - 4,4410 -30 CML.

Másodszor, a nagy dipólus momentuma víz egy oka a dipólus-dipólus és ion-dipólus kölcsönhatások vizes oldatokban.

Harmadszor, a vízmolekulák hidrogénkötések.

Negyedszer, a nem osztott elektronpár oxigén lehetővé teszi, H2 O fellépni egy ligandumot képeznek a komplex vegyületek [3].

A víz egy nagyon magas fagyáspont (0) és a forráspontja (100) (2. ábra). Ez lehetővé teszi, hogy létezik minden Államok aggregáció: szilárd (jég), folyadék (víz) vagy gáz-halmazállapotú (gőz) (3. ábra).

2. ábra - rendellenességei forró pontok és fagyasztás

3. ábra - A víz állapotai egységek: A - jeges b - víz - párban [2]

Az egyes molekulák a víz van a gőz állapotban. Ha a hőmérséklet alacsonyabb a forráspontja, ha a kinetikus energia a molekulák kisebb lesz, a potenciális energia, a víz, valamint a minden olyan anyag, ebben az esetben, egy folyadékot. De a hőmérséklet a fázisátalakulási a víz szinte 200vyshe, mint ami várható a természet a intermolekuláris kölcsönhatások kell között végrehajtott hasonló azt a molekulát, mint például a hidrogén-szulfid.

A nagy polaritású víz csak az egyik oka társulásának vízmolekulák, amelyek kombinálhatók a két, három vagy több miatt a kölcsönös vonzás ellentétes töltésű végén a dipól [3].

A fő oka a kialakulását társult (H2 O) X jelentése hidrogénatom kötések [3]. A szilárd állapotban a oxigénatom egyes vízmolekula alkot két hidrogénkötések (szaggatott vonallal ábrázolt) szomszédos molekulák rendszer (4. ábra) [4]. Hála nekik, a folyékony víz - nem rendezetlen mozgása molekulák, és az állam közel amorf. Ebben a vízmolekulák társult be aggregátumok (H2 O) X - az asszociáció foka klaszterek () és a 130 vízmolekulák 0, 90 - 20, 60 - 72-ig (5. ábra) [3].

4. ábra - rendszer a hidrogén kötések kialakulását [4]

5. ábra - Néhány a lehetséges szerkezete a víz klaszterek

A élettartama ilyen klaszterek kis (10 -11 - 10 -10 másodperc). Az oktatás nem az összes résztvevő molekulák, különben ezek sűrűsége a folyékony állapotban kellene lennie 1 g / cm 3 és 1,84 g / cm 3. Az utóbbi érték kiszámítása azon a feltételezésen szoros csomagolási a molekulák H2 O sugárral egyenlő 1 38, amely meghatározza a kristályrács jég méretű [3].

Reakcióvázlat jég kristályrács van a 6. ábrán látható mindegyik molekulájának H2 O (fekete golyó) tetraéderes körül négy más molekulák - három azonos rétegből és egy réteg szomszédos molekulák. A szerkezet a jég sűrűsége kisebb szerkezet. A funkció jelenléte üregek nagyobb, mint a molekuláris méretei H2 O. Amikor jég olvad része hidrogénkötések megsemmisül, és a fennmaradó egységek az üregekben elhelyezésére egyes vízmolekulák, ezáltal a sűrűbb csomagolására az molekulák. Ezért, a jég olvadása víz térfogat csökken, és a sűrűség növekszik.

6. ábra - jég kristályrács [4]