Nachádza sa agregovaný stav, ktorý je zvláštny, ktorý má plynnú alebo kvapalnú formu pri izbovej teplote. Ľadové vlastnosti začali študovať pred stovkami rokov. Asi pred dvesto rokmi, vedci zistili, že voda nie je jednoduchá zlúčenina, ale komplexný chemický prvok pozostávajúci z kyslíka a vodíka. Po otvorení vzorca sa voda začala mať pohľad H20.

Štruktúra ľadu

H20 sa skladá z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. V pokojnom stave sa vodík nachádza na vrchole atómu kyslíka. Ióny kyslíka a vodíka by mali obsadiť vrcholy ekvidilačného trojuholníka: kyslík sa nachádza na vrchole priameho uhla. Táto budova sa nazýva dipól.

Ľad pozostáva z 11,2% percenta vodíka a zvyšok je kyslík. Vlastnosti ľadu závisia od chemickej štruktúry. Niekedy sú plynné alebo mechanické útvary - nečistoty.

Ľad sa nachádza v prírode vo forme niekoľkých kryštalických druhov, ktoré stabilne zachovávajú svoju štruktúru pri teplotách od nuly a nižšiu, ale pri nule a nad nulou sa začína roztaviť.

Štruktúra kryštálov

Vlastnosti ľadu, snehu a pary sú úplne odlišné a závisia od pevného stavu H20 je obklopený štyrmi molekulami umiestnenými v tetrahedronových rohoch. Keďže koordinačné číslo je nízke, ľad môže mať otvorenú štruktúru. Toto sa zobrazuje na vlastnostiach ľadu a jeho hustoty.

Tvary ľadu

Ľad sa vzťahuje na bežné látky v prírode. Na Zemi sú tieto odrody:

• rieka;
• jazero;
• námorné;
• fond;
• gULTER;
• pôda.

Existujú ľad, priamo tvorený sublimáciou, t.j. Z pary. Tento druh berie tvar kostry (nazývame ich snehové vločky) a agregáty dendritického a kostrového rastu (mrazu, mrazu).

Jedným z najbežnejších foriem sú stalaktity, t.j. ery. Rastú na celom svete: na povrchu zeme, v jaskyniach. Tento typ ľadu je vytvorený prúdením kvapiek vody, keď je teplotný rozdiel približne o nulové stupne v období jesenného pružiny.

Vzdelávanie vo forme ľadových pásov, ktoré sa objavujú pozdĺž okrajov zásobníkov, na hranici vody a vzduchu, ako aj okraj kalužného, \u200b\u200bsa nazývajú ľadové palacinky.

Ľad môže byť vytvorený v poréznych pôd vo forme vláknitých žíl.

Vlastnosti ľadu

Látka môže byť v rôznych štátoch. Na základe toho vzniká otázka: a akú vlastnosť sa prejavuje v určitom štáte?

Vedci prideľujú fyzikálne a mechanické vlastnosti. Každý z nich má svoje vlastné charakteristiky.

Fyzikálne vlastnosti

Fyzikálne vlastnosti ľadu zahŕňajú:

1. Hustota. Vo fyzike je nerovnomerné médium reprezentované limitom hmotnosti látky samotného média na objem, v ktorom je uzavretá. Hustota vody, ako aj iné látky, je funkcia teploty a tlaku. Typicky sa vo výpočtoch použije konštantná hustota vody, ktorá sa rovná 1000 kg / m3. Presnejšie indikátor hustoty sa berie do úvahy len vtedy, ak je potrebné presne vypočítať dôležitosť výsledného rozdielu hustoty.
   Pri výpočte sa berie do úvahy hustota ľadu, ktorá voda sa stala ľadom: Ako je známe, hustota slanej vody je vyššia ako destilovaná.
2. Teplota vody. Zvyčajne nastane pri nulovom stupni. Mraziace procesy sa vyskytujú skoky s vydaním tepla. Reverzný proces (tavenie) sa vyskytuje pri absorbovaní rovnakého množstva tepla, ktorý bol pridelený, ale bez skokov a postupne.
   V prírode existujú podmienky, za ktorých je voda podceňovaná, ale nezmrazí. Niektoré rieky si udržiavajú stav kvapalného vody aj pri teplote -2 stupňoch.
3. Množstvo tepla, ktoré sa absorbuje pri ohreve tela pre každý stupeň. Existuje špecifická tepelná kapacita, ktorá sa vyznačuje množstvom tepla potrebného na vykurovanie kilogramu destilovanej vody na stupeň.
4. Stlačiteľnosť. Ďalšou fyzickou vlastnosťou snehu a ľadu je stlačiteľnosť, ktorá ovplyvňuje zníženie objemu pod vplyvom zvýšeného vonkajšieho tlaku. Inverzná hodnota sa nazýva elasticita.
5. Pevnosť ľadu.
6. Farbu ľadu. Táto vlastnosť závisí od absorpcie svetla a disperzie lúčov, ako aj na počte nečistôt v zmrazenej vode. Rieka a jazero ľadu bez cudzích nečistôt sú viditeľné v jemnom modrom svetle. Morský ľad môže byť úplne iný: modrá, zelená, modrá, biela, hnedá, s oceľovým tieňom. Niekedy môžete vidieť čierny ľad. Takáto farba získava vďaka veľkému množstvu minerálov a rôznych organických nečistôt.

Mechanické vlastnosti ľadu

Mechanické vlastnosti ľadu a vody sú určené vplyvom vonkajšieho prostredia vzhľadom na oblasť jednotky. Mechanické vlastnosti závisia od konštrukcie, slanosti, teploty a pórovitosti.

Ľad je elastický, viskózny, plastový tvorba, ale existujú podmienky, za ktorých sa stáva pevnou a veľmi krehkou.

Sea ľad a sladkovodné sa líšia: Prvý je oveľa plastový a menej trvanlivý.

Počas prechodu lodí sú potrebné mechanické vlastnosti ľadu. Je tiež dôležité pri používaní ciest ľadu, prechodu a nielen.

Voda, sneh a ľad majú podobné vlastnosti, ktoré určujú charakteristiky látky. Tieto hodnoty však sú však ovplyvnené mnohé ďalšie faktory: okolitá teplota, nečistoty v pevnej látke, ako aj pôvodné zloženie kvapaliny. Ľad je jednou z najzaujímavejších látok na Zemi.

Snehové vločky sú jedným z najkrajších, komplexných a absolútne jedinečných tvorov prírody. Ako sú tvorené, z toho, čo pozostáva?

Snow - pevné zrážky vo forme kryštálov (snehové vločky). Existuje výnimočne široká škála tvarov snehových vločiek. Najjednoduchšie z nich: ihly, stĺpy a dosky. Okrem toho existuje početné komplikované tvary snehové vločky: ihlové hviezdy; lamelové hviezdy; Hedgehogs pozostávajúce z niekoľkých stĺpcov; Stĺpy s doskami a hviezdami na koncoch. Niektoré formy stĺpcov majú vnútorné dutiny alebo tvoria druh okuliarov; Tam sú tiež 12-ray hviezdy. Rozmery jednotlivých snehových vločiek môžu byť úplne iné. Najväčšie lineárne rozmery majú zvyčajne ihlové hviezdy (ich polomer dosiahne 4-5 mm). Snehové vločky sú často navzájom spojené a vypadnú vo forme vločiek. Veľkosti vločiek môžu dosiahnuť veľmi veľké množstvo, vločky s polomerom až 15-20 cm. Tvar snehovej vločky odráža vnútorné poradie molekúl vody, keď sú v pevnom stave - vo forme ľadu alebo snehu . Snehové vločky rastú rovnakým spôsobom ako kryštály akejkoľvek látky rumovanej z kvapalného stavu v pevnej látke: spájanie medzi sebou, molekuly vody majú tendenciu maximalizovať vzájomné príťažlivé sily a minimalizovať odpudzujúce sily, pretože energia systému počas kryštalizácie klesá. Len za pár minút, padajúce na teplý povrch snehovej vločky stratí svoju dekoratívnu štruktúru, vlastný jedinečný obraz, ktorý sa už nikdy nestane.

Čo skladá sneh? A snehové vločky a snehové kryštály sú tvorené z ľadu. Snehový kryštál, ako to znamená jeho meno, jeden ľadový kryštál. Snowflake je všeobecnejší termín; Môže to znamenať, že individuálny snehový kryštál a niekoľko zasnežených kryštálov, ktoré držia spolu, alebo veľké zhluky snehových kryštálov, ktoré tvoria sneh, ktorý padne z oblakov. Štruktúra ľadových kryštálov. Vodné molekuly v ľadovom kryštále tvoria šesťhrannú mriežku (pozri obrázok). Červené gule - atómy kyslíka. Šedé tyčinky - atómy vodíka. Dva vodík pre jeden kyslík - H2O. Šesťfarebná symetria snehových vločiek má svoj pôvod z krištáľovej mriežky ľadu. Snehové vločky rastú z odparovania vody. Snehové vločky nie sú zmrazené kvapky dažďa. Niekedy sa dažďové kvapky zmrazia, zatiaľ čo padajú, ale nazýva sa "krupobitie". Gradins nemajú jednu starostlivo vyvinulú a symetrickú vzorku, ktoré sa nachádzajú v snežných kryštáloch. Zasnežené kryštály sú vytvorené pri odparení vody sa kondenzuje priamo do ľadu, ktorý sa deje v oblakoch. Snehové vločky vznikajú v dôsledku rastu kryštálu. Najzákladnejšia forma kryštalického snehu je šesťuholníkový hranol uvedený vyššie. Táto štruktúra vzniká, pretože určité povrchy kryštálu, povrchu plochy, hromadia materiál veľmi pomaly. Je to spôsobené tým, že povrch, kde sú vytvorené uhly, energeticky nie je energeticky výskyt, ako je ten, ktorý tvorí rovinu, pretože na rohoch existuje väčšia pravdepodobnosť, že si navzájom vytvárajú molekuly. Je ľahké demonštrovať na kvadruginóznom kryštále - najjednoduchšia forma. S šesťhrannými hranicami rovnaký príbeh. Na fotografii môžete vidieť šesťhranné snehové vločky zozbierané na type južného pólu Walter (Walter Tape). Tieto snehové vločky sa dostatočne vyrástli, pretože ich zmrazenie došlo po veľmi dlhú dobu, čo umožnilo pravidlo ľadových kryštálov plne ukázať. Hexagonálny hranol obsahuje dva šesťuholníkové "základné" povrchy a šesť pravouhlých "przatických" povrchov, ako je znázornené na obrázku. Všimnite si, že šesťuholníkový hranol môže byť tanier alebo stĺpec, ktorý závisí od tempa rastu povrchov. Keď sú snehové kryštály veľmi malé, existujú z väčšej časti vo forme bežných šesťhranných hranolov. Ale keď rastú, "pobočky" nechaj výhonky z rohov hranolu, čím vytvárajú zložitejšie formy.

Pôvod komplexných foriem snehových vločiek. Odpoveď na túto otázku spočíva v tom, ako molekuly vody prechádzajú vzduchom na kondenzáciu na rastúcom snehové kryštál. Molekuly sa distribuujú vzduchom, aby sa dostal na kryštál a táto difúzia spomaľuje ich zvyšovanie. Viac vzdialenejších molekúl vody sa musia pohybovať dlhšie vo vzduchu, aby sa dosiahol rastúci kryštál. Takže, zvážte povrch ľadu, ktorý rastie vo vzduchu. Ak sa vyskytne malá kolízia a zostane na povrchu, stopa sa predĺži o niečo ďalej ako zvyšok kryštálu. To znamená, že iné molekuly vody môžu dosiahnuť toto miesto rýchlejšie ako zvyšok kryštálu, pretože na to musia prejsť.

S nárastom počtu molekúl vody dosahujúca na miesto kolízie, umiestnenie kolízie rastie rýchlejšie. Po krátkom čase sa kolízia vyskytne čoraz viac a rast sa vyskytuje ešte rýchlejšie. Potom vzniká to, čo sa nazýva nestabilita rozvetvenia - nové malé strety sa rodia na veľkých pobočkách a stanú sa miestom vytvorenia bočných vetiev. Tak ťažké sa narodí. Táto nestabilita je hlavným dôvodom vytvárania komplexných foriem snehových kryštálov.

Keď sa nestabilita vetvy aplikuje na Sneh Crystal znova a opäť, čo je výsledkom, čo sa nazýva ľadová dendritída. Slovo "Dendrit" znamená "strom-podobný", a hviezdy stromovo podobných snehových kryštálov sú obyčajné. Rýchlosť difúzie molekúl vody je možné zmeniť v laboratóriu. Ak sa snežné kryštály pestujú vo vzduchu nižší atmosférický tlak, sú menej rozvetvené. Je to preto, že difúzia neobmedzuje zvýšenie pri nízkom tlaku, preto nestabilná vetva nie je tak intenzívna. Pri vysokých tlakoch sa vytvorí viac vetvavých snehových kryštálov. Rast snehových kryštálov závisí od rovnováhy medzi okrajmi a rozvetvením. Therrs sa snaží vytvoriť jednoduché ploché povrchy a rozvetvenie - zložitejšie štruktúry. Interakcia medzi hranami a rozvetve je tenká a dôrazne závisí od parametrov, ako je teplota a vlhkosť. To znamená, že snehové kryštály môžu rásť mnohými rôznymi spôsobmi, čo vedie k veľkej odrode, ktorá je pozorovaná v tvare snehových vločiek.

Prvým študovať snehové vločky začali známe ako astronóm Johann Kepler. V roku 1611 vydal ošetrovanie "na šesťhranné snehové vločky", v ktorom v podstate rozložili geometrické aspekty ich štruktúry. Ďalší prielom musel čakať viac ako dve storočia. Za 15. výročie, mama predstavila svojho syna, mladého farmára z Vermont Wilson Elvin Bentley, mikroskopu. A rozhodol sa na neho pozerať na snehové vločky. Dňa 15. januára 1885 dostal prvý snímku snehových vločiek, nastavil fotoaparát k mikroskopu a odstránila ho na pozadí čierneho papiera. Do konca svojho života získal obrazy 5381 snehové vločky. V roku 1920 dostane pozíciu v národnej meteorologickej službe a grant vo výške 25 USD do svojho výskumu a sneh začne chladiť nielen na farmách, ale aj v laboratóriách kinetiky a kryštalografie. Ale BEntley najprv povedal, že dve identické snehové vločky nikdy nevideli. Existuje populárne presvedčenie, že dve identické snehové vločky v prírode sa nestane. Zdá sa, že by to bolo také. Milióny zdvihnú s oblohou. Ale na druhej strane, ak sa natiahnete veľmi zhruba, v snowfish asi 1020 molekuly vody a ľudské oko je schopné určiť asi 100 parametrov vizuálnej snehovej vločky. Takže taká mozaika môže tvoriť konečný, ale šialený obrovský počet spôsobov. A ak si uvedomíte, že atómy kyslíka a vodíka majú rôzne izotopy a vo vode sú stále nečistoty ... Všeobecne platí, že stojí za to prijať, že nie sú žiadne dve identické snehové vločky v prírode. Ale kryštály majú symetrickú formu. Macroskopické faktory (teplota, tlak, koncentrácie rôznych látok) v takomto malom priestore, ako aktuálna poloha komína kryštálu v čase, mierne sa líšia a rast všetkých smerov je rovnaký. Až do konca nebude naopak, naopak, naopak.

Čistá voda je bezfarebná transparentná kvapalina. Hustota vody počas prechodu z pevného stavu do kvapaliny sa neznižuje, ako takmer vo všetkých ostatných látkach a zvyšuje sa. Keď voda zahrieva od 0 do 4 ° C, tiež zvyšuje jeho hustotu. Pri 4 ° C má voda maximálnu hustotu a len s ďalším ohrevom jeho hustoty klesá.

Ak sa, so znížením teploty a počas prechodu zo stavu stavu do pevnej hustoty vody, sa zmenil rovnakým spôsobom, ako sa vyskytuje pri ohraničnej väčšine látok, potom, keď zimný prístup, povrchové vrstvy prírodných vôd boli ochladené. Bolo by to až 0 ° C a zostúpilo na dno, uvoľnenie miesta s teplejšími vrstvami a bude pokračovať, kým sa celá hmota nádrže nezískala teplotu 0 ° C. Ďalej by voda začala zmraziť, vytvorené podlahy by boli ponorené na dno a zásobník by zmrazil celú hĺbku. V rovnakej dobe, mnohé formy života vo vode by bolo nemožné. Ale pretože voda dosiahne najväčšiu hustotu pri 4 ° C, pohyb jej vrstiev spôsobených chladiacimi koncami, keď sa dosiahne táto teplota. S ďalším poklesom teploty zostáva chladená vrstva s menšou hustotou na povrchu, zamrzne a tým chráni vrstvy pod vrstvou z ďalšieho chladenia a zmrazovania.

Veľký význam v živote prírody má skutočnosť, že voda. Má preto abnormálne vysokú tepelnú kapacitu, preto. V noci, ako aj počas prechodu od leta do zimy, voda sa pomaly chladí a počas dňa alebo počas prechodu od zimy do leta sa tiež pomaly zahrieva, \\ t Tak reguluje teplotnú rumu na svete.

Vzhľadom k tomu, že pri tavenia ľadu, objem obsadený vodou sa znižuje, tlak znižuje teplotu topenia ľadu. Vyplýva to zo zásady Le Chatelu. Skutočne. Ľadová a tekutá voda sú v rovnováhe, keď o ° C. S zvýšením tlaku, rovnováha, podľa princípu Le Chatelu, zmes je prúžky v smere tvorby fázy, ktorá v rovnakom tempe rana zaberá menší objem. Táto fáza je v tomto prípade tekutina. Zvýšenie tlaku, keď o ° C spôsobuje, že konverzia ľadu na kvapalinu, a to znamená, že roztavenie sa znižuje.

Molekula vody má uhlovú štruktúru; Jadro zahrnuté vo svojom zložení tvorí ekvidilačiteľný trojuholník, na základe ktorej sú dva protóny, a v hornej časti atómu kyslíka sú na intersticiálnych vzdialenostiach blízko 0,1 nm, vzdialenosť meradla atómov vodíka je približne 0,15 nm. Z ôsmich elektrónov, ktoré tvoria vonkajšiu elektrónovú vrstvu atómu kyslíka vo vodnej molekule, dva elektronické páry tvoria kovalentné väzby O-H a zostávajúce štyri elektróny sú dva zraniteľné elektronické páry.

Atóm kyslíka vo vode molekuly je v stave -AEA? CAEAAOUE. Preto je uhol valencie nenoživitého (104,3 ° C) blízko tetrahedral (109,5 °). Elektrické systémy, ktoré tvoria pripojenia O-H, sa posunujú na viac elektronegatívny atóm kyslíka. V dôsledku toho sa atómy vodíka získavajú účinné pozitívne náboje, takže tieto atómy vytvárajú dve pozitívne póly. Centrá negatívnych obvinení z parných elektronických párov atómu kyslíka umiestneného na hybridnom - orbitmách sa posunujú v porovnaní s jadrom atómu a vytvárajú dva negatívne póly.

Molekulová hmotnosť parnej vody je 18 a spĺňa jej najjednoduchší vzorec. Molekulová hmotnosť kvapalnej vody, určená štúdiom jeho roztokov v iných rozpúšťadlách sa však ukáže, že je vysoká. To naznačuje, že v tekutej vode existuje asociácia molekúl, t.j. spájajúce ich na zložitejšie agregáty. Takýto záver je potvrdený abnormálne vysokými hodnotami teploty topenia a teploty vriacej vody. Združenie molekúl vody je spôsobené tvorbou vodíkových väzieb medzi nimi.

V pevnej vode (ICE) je atóm kyslíka každej molekuly povzbudzujúci pri tvorbe dvoch vodíkových väzieb so susednými molekulami vody podľa schémy, v ktorej sú vodíkové väzby znázornené bodkovanou čiarou. Na obrázku je uvedená schéma objemovej štruktúry ľadu. Tvorba vodných väzieb vedie k tomuto umiestneniu vodných molekúl, v ktorých prichádzajú do kontaktu s ich pólymi variemen. Molekuly tvoria vrstvy a každý z nich je spojený s tromi molekulami patriacimi do tej istej vrstvy a od jednej do susednej vrstvy. Štruktúra ľadu patrí k najmenej hustým štruktúram, v ňom sú prázdne miesta, pretože opatrenia sú najmenej hustých konštrukcií, existujú v ňom prázdnoty, akonáhle sú opatrenia o niečo vyššie ako rozmery molekuly.

Pri topenia ľadu je jeho štruktúra zničená. Ale v tekutej vode sa zachovali vodíkové väzby medzi molekulami: sú zachované americké, ako keby boli fragmenty štruktúry ľadu, pozostávajúce z väčšieho alebo menšieho počtu molekúl vody. Avšak, v rozlišovaní od ľadu, každý pridruženie existuje veľmi krátko: zničenie druhých a tvorba iných agry odvahu. V dutinách takýchto "ľadových" agregátov môžu byť umiestnené molekuly s jednoduchou vodou; Zároveň sa balenie molekúl vody stáva hustom. To je dôvod, prečo pri topenia ľadu, objem obsadený vodou sa znižuje a jeho hustota sa zvyšuje.

Ako sa voda zahrieva, fragmenty ľadovej štruktúry v nej sa stávajú menej a menej, čo vedie k ďalšiemu zvýšeniu hustoty vody. V teplotnom rozsahu od 0 do 4 ° C prevláda tento efekt nad tepelnou rozťažnosťou, takže hustota vody sa naďalej zvyšuje. Keď sa však zníži zahrievaní nad 4 ° C účinok zahrievania tepelného pohybu molekúl a hustotou vody. Preto má pri 4 ° C voda má maximálnu hustotu.

Keď sa voda vyhrievaná, časť tepla sa vynakladá na medzeru vodíkových väzieb (energia vodíkovej väzby vo vode je približne 25 kJ / mol). To vysvetľuje vysokú tepelnú kapacitu vody.

Voda v našom živote je najčastejšou a najbežnejšou látkou. Ľudské telo sa skladá zo 70% vody a prostredie nás obsahuje aj 70% vody.

Zoškodských učebníc vieme, že molekula vody pozostáva z atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka, t.j. Jedna z najmenších a najľahších molekúl. So všetkými bežnými a dôkazmi pre nás, vlastnosti vody, ktoré neustále používame, existujú paradoxy kvapalnej vody, ktoré určujú aj formy života na Zemi.

Kvapalná voda má hustotu väčšiu ako hustota ľadu. Preto pri zmrazení objemu zvyšovania ľadu sa ľadu pláva na povrchu vody.

Hustota vody je maximálna pri 4 ° C a nie na teplote topenia, znižuje sa na pravej strane a vľavo od tejto teploty.

Viskozita vody sa znižuje s nárastom tlaku.

Bod varu vody je mimo celkovej závislosti teploty varu molekulovej hmotnosti látok (obr. 1.1). Inak by nemalo byť vyššie ako 60 ° C.

Voda tepelná kapacita aspoň dvakrát tak vysoká ako ktorákoľvek iná kvapalina.

Teplo odparovania (~ 2250 kJ / kg) je najmenej trikrát vyššia ako akákoľvek iná kvapalina, 8-krát viac ako etanol.

Zvážte túto poslednú vlastnosť vody. Teplom odparovania je energia potrebná na lámanie väzieb medzi molekulami pri pohybe z kondenzovanej fázy do plynných. Znamená to, že príčinou všetkých paradoxných vlastností je v povahe intermolekulárnych vodných väzieb, a to sa zase určuje štruktúrou molekuly vody.

Obr.1.1. Pomer oblasti molekulovej hmotnosti rôznych zlúčenín a ich bodov varu.

1. Čo je to - molekula vody?

V roku 1780 Lavoisier experimentálne zistil, že voda pozostáva z kyslíka a vodíka, že dva objemy vodíka interagujú s jedným objemom kyslíka a že pomer hmotnosti vodíka a kyslíka vo vode je 2:16. Do roku 1840 sa stanovilo, že molekulárny vzorec vody N2 O.

Tri jadrá v molekule tvoria ekologický trojuholník s dvoma protónmi na základni (obr. 1.2). Elektronický vzorec molekuly vody [(1S 2)] [(1S 2) (2S 2) (2P4)].

Obr.1.2.Tvorba systému väzby M.O. Z 2R orbitálov atómu kyslíka a 1s.- atómy kyslíka a 1s.Atómy vodíka.

Vďaka účasti dvoch elektrónov vodíka 1SV komunikácie s dvoma elektrónmi 2P kyslíkom je agibrizácia a hybridspod 3 orbitálne sú vytvorené s charakteristickým uhlom medzi nimi v 104,5 o, ako aj dva póly opačných nábojov. Dĺžka O-H dlhopisu je 0,95 Á (0,095 nm), vzdialenosť medzi protónmi je 1,54 Á (0,154 nm). Obrázok 1.3 ukazuje elektronický model molekuly vody.

Obr.1.3. Elektronický model molekuly 2 O.

Osem elektrónov; o ) zapadajú do kocky. 1, 2 - napojené páry elektrónov.

Najdôležitejším dôsledkom tejto úvahy: Asymetria distribúcie náboja otočí molekulu H2 M do dipólu: Protóny sú umiestnené na dvoch pozitívnych koncoch, na dvoch negatívnych - základných pároch kyslíkových P-elektrónov.

Molekula vody sa teda môže považovať za trojuholníkovú pyramídu - tetrahedron, v rohoch, z ktorých sú umiestnené štyri poplatky - dva pozitívne a dve negatívne.

Tieto poplatky tvoria svoje najbližšie okolie, striktne otáčajú susedné molekuly vody určitým spôsobom - takže medzi dvoma atómami kyslíka sa vždy nachádza len jeden atóm vodíka. Najjednoduchšia vec je, že intermolekulárna štruktúra na prítomnosť a štúdium na vodu v pevnom stave. Obrázok 1.4 predstavuje štruktúru ľadu.

Obr. 1.4. Šesťhranná štruktúra ľadu

Štruktúra je upevnená pomocou O-H pripojenia ... o. Takáto zlúčenina dvoch atómov kyslíka priľahlých molekúl vody cez mediáciu jedného atómu vodíka sa nazýva vodíková väzba.

Vodíková väzba vzniká z nasledujúcich dôvodov:

1 - Proton je len jeden elektrón, preto je elektronické odpudzovanie dvoch atómov minimálne. Proton sa jednoducho ponorí do elektronickej škrupiny susedného atómu, čím sa znižuje vzdialenosť medzi atómami o 20-30% (do 1 Å);

2 - Blízký atóm musí mať väčšiu veľkosť elektronegativity. V podmienených hodnotách (podľa polyongu) Elektronickosť F - 4.0; O - 3,5; n-3,0; CL- 3,0; C- 2,5; S-2,5.

Molekula vody môže mať štyri vodíkové väzby, v dvoch pôsobí ako darca elektriny, v dvoch - ako akceptor elektrónov. A tieto odkazy môžu vzniknúť s okolitými molekulami vody a inými látkami.

Tak, okamih dipólu, roh N-ON a vodíkovej väzby O-H ... o je určená jedinečnými vlastnosťami vody a zohrávajú významnú úlohu pri tvorbe sveta okolo nás.

K.h.n.

Súčasný Vodný model

Ak urobíte krátku exkurziu do kurzu školy školy, pripomíname, že dva elektronické páry tvoria polárne kovalentné väzby medzi atómami vodíka a kyslíka a zostávajúce dva elektronické páry zostávajú voľné a nazývané napojený. Molekula vody má uhlovú štruktúru, uhol N-N-H je 104,5 stupňov.

Obr. Molekula vody

Pretože atóm kyslíka má viac elektrónov (chemikov hovoria, že atóm kyslíka je viac elektronický) ako pri atóme vodíka, elektróny dvoch atómov vodíka sa posunujú smerom k viac elektrónovo-negatívnym atómom kyslíka, čo vedie k tomu, že dve pozitívne obvinenia Atómy vodíka sú kompenzované dvoma atómami. vodík záporným nabíjaním atómu kyslíka. Preto má elektronický mrak nehomogénna hustota. V blízkosti vodíkových jadier je nedostatok hustoty elektrónov, a na opačnej strane molekuly, v blízkosti kyslíkového jadra, je pozorovaný prebytok hustoty elektrónov. To vedie k tomu, že molekula vody je malý dipól obsahujúci pozitívne a negatívne návyky na póloch. Toto je štruktúra a určuje polaritu molekuly vody. Ak sú epicentre pozitívnych a negatívnych poplatkov spojené s rovnými čiarami pozitívnych a negatívnych poplatkov - správnym tetrahedronom. Takýto tetrahedron je však len prvou základnou úrovňou vodnej štruktúry.

Obr. Štruktúra molekuly vody: A) uhlový; b) lopta; c) tetraedrické

Druhá úroveň chemickej organizácie vody je určená možnosťou vody tetrahedrovej, aby vytvorila špeciálne dlhopisy, nazývané vodíkové väzby, ktoré spájajú jednotlivé molekuly navzájom do spolupracovníkov.

Vodíková väzba je globálny význam v chémii intermolekulárnych interakcií a je spôsobený hlavným slabým elektrostatickým silám a vplyvom. Vyskytuje sa v interakcii vodíkových potrubných elektrónov vodíka atómu jednej molekuly vody s iným elektrónovým párom atómu kyslíka priľahlej molekuly vody.

https://pandia.ru/text/78/208/images/image004_14.jpg "Šírka \u003d" 487 "Výška \u003d" 385 "\u003e

Obr. Každá molekula vody môže tvoriť vodíkové väzby so štyrmi susednými molekulami

V kryštálovej štruktúre ľadu sa každá molekula zúčastňuje 4 vodíkových spojení zameraných na vrcholy tetrahedronu. V strede tohto tetrahedronu je atóm kyslíka, v dvoch vrcholoch - pozdĺž atómu vodíka, ktorých elektróny sa podieľajú na tvorbe kovalentných väzieb s kyslíkom. Dva zostávajúce vrcholy zaberajú pár kyslíkových valenčných elektrónov, ktoré sa nezúčastňujú na formácii intramolekulárnych väzieb.

Obr . Vodíkové väzby v kryštálovej ľatovej mriežke

Na rozdiel od ľadu, v kvapalnej vode, vodíkové väzby sa ľahko zničia a rýchlo obnovia, čo robí vodovodnú štruktúru výlučne menivo. Je vďaka týmto dlhopisom v jednotlivých mikrovakoch vody, priebežne vyskytujú zvláštne spojky vodu - jeho konštrukčné prvky. To všetko vedie k heterogenity v štruktúre vody.

Prvá myšlienka, že voda je heterogénna vo svojej štruktúre, vyjadrená vzájomná v roku 1884. Jeho autorstvom citácií v monografii "povaha vody. Ťažká voda ", publikovaná v roku 1935. Po ňom sa objavili mnoho diel, v ktorých bola voda považovaná za zmes pridružených látok rôzneho zloženia ("hydrolyas").

Keď bola ľadová štruktúra určená v 20-tych rokoch, ukázalo sa, že molekuly vody v kryštalickom stave tvoria trojrozmernú kontinuálnu mriežku, v ktorej má každá molekula štyri najbližšie susedov umiestnených vo vrcholoch správneho tetrahedronu. V roku 1933, J. Bernal a P. Fowler navrhol, že podobná mriežka existuje v tekutej vode. Pretože voda je hustejšia z ľadu, verili, že molekuly v nej nie sú ako v ľade, to znamená, ako sú atómy kremíka v minerálnom triditea tak, ako atómy kremíka v hustejšej modifikácii oxidu kremičitého - kremeň. Zvýšenie hustoty vody, keď sa zahrieva od 0 do 4 ° C, bolo vysvetlené prítomnosťou pri nízkej teplote tridimitovej zložky. Model Bernal - Fowler si teda zachoval prvok dvoch štruktúr, ale ich hlavným úspechom je myšlienka kontinuálneho tetrahedral mesh. Potom sa objavil slávny aforizmus I. Langmyura: "Oceán je jedna veľká molekula."

Iba v roku 1951, J. vyskočil model nepretržitej mriežkyktorý nebol taký betón ako Bernal Model - Fowler. Vyskočila reprezentovaná voda ako náhodná tetrahedral mesh, vzťah medzi molekulami, v ktorých je zakrivený a majú rôzne dĺžky. Model popul vysvetľuje utesnenie vody pri tavení odmietnutia väzieb. Keď sa objavili prvé definície štruktúry v 60-tych rokoch iRD II. a Ix Stalo sa jasné, ako môže zakrivenie dlhopisov viesť k tesniacej štruktúre. Model klesol nemohol vysvetliť nemonotonickosť závislosti vlastností vody z teploty a tlaku tak dobre ako modely dvoch štátov. Preto mnohí vedci zdieľali myšlienku dvoch štátov na dlhú dobu.

Obr. Model nepretržitej mriežky

V druhej polovici 20. storočia, okrem " neustály"Modely (modelové povodeň), dve skupiny" zmiešaných "modelov vznikli: klastera pazúre. V prvej skupine sa voda objavila vo forme klastrov molekúl viazaných vodíkovými väzbami, ktoré boli plávajúce v mori molekúl, v takýchto pripojeniach neúčasti. Modely druhej skupiny považovali vodu ako nepretržitý sieťoviny vodíkových väzieb - rám, ktorý obsahuje prázdnotu; Obsahujú molekuly, ktoré netvoria spoje s molekulami rámu.

Medzi modely klastra Najjasnejším modelom bol model mesta Nemeth a H. Sheragi, ktorý navrhol im obrázky zobrazujúce klastre z viazaných molekúl, ktoré plávajú do mora nesúvisiacich molekúl, vstúpili do mnohých monografií.

Ďalší model vody navrhnutého v roku 1957 By Frate a Uane je model klastrov shimmer. Tento model je veľmi blízky moderným myšlienkam o štruktúre vody. V tomto modeli sú vodíkové väzby vo vode kontinuálne vytvorené a okradnuté a tieto procesy prebiehajú kooperatívne v rámci krátkodobých skupín molekúl vody nazývaných "blikajúce klastre". Ich život sa odhaduje v rozsahu od 10 do 10 do 10-11 p. Takáto myšlienka je hodnoverná, vysvetľuje vysoký stupeň mobility tekutej vody a jeho nízkej viskozity. Predpokladá sa, že vďaka presne takýmto vlastnostiam slúži voda ako jeden z najuniverzálnejších rozpúšťadiel.

DIV_ADBLOCK567 "\u003e

V roku 2002 skupina Dr. Hral Gordon podľa röntgenovej štrukturálnej analýzy s použitím super-napájacieho zdroja X-ray Source Svetelný zdroj (ALS), bolo možné ukázať, že molekuly vody sú schopné liečiť konštrukcie - "skutočné tehly" Voda, ktoré sú topologické reťazce a krúžky mnohých molekúl vody. Interpretualizácia získaných experimentálnych údajov, výskumníci ich považujú za pomerne dlhotrvajúce konštrukčné prvky. Vodne je voda kombinácia indiscriminačných polymérov a hypotetických "vodných kryštálov" (ktoré sa očakáva, že existuje v taviacom vode), kde počet molekúl súvisiacich s vodíkovými väzbami môže dosiahnuť stovky a dokonca tisíce jednotiek.

"Vodné kryštály" môžu mať rôzne formy, priestorové aj dvojrozmerné (vo forme kruhových štruktúr). Na základe toho istého tetrahedronu. Tento formulár má molekulu vody. Molekuly tetrahedrovej vody tvoria rôzne priestorové a rovinné štruktúry. A z rôznych štruktúr v podstate základnej je šesťuholníková (hexová) štruktúra, keď sa do kruhu kombinuje šesť molekúl vody (tetrahedr). Tento typ štruktúry je charakteristický pre ľad, sneh a roztavenie vody.

Obr. jeden. Štruktúra Crystal Ice

Keď sa ľad roztaví, jeho tetragonálna štruktúra je zničená a zmes klastrov pozostávajúcich z troch, tetra, penta- a hexametrov vody a voľných molekúl vody. Schematicky je možné tento proces predstaviť.

Obr . Štruktúra kvapalnej vody. Vo vode sa klastre pravidelne zničia a opäť vytvorili. Čas skoku je 10-12 sekúnd.

Ak chcete študovať štruktúru týchto tvarovaných spoločníkov, sa ukázalo byť dosť ťažké, pretože voda je zmesou rôznych polymérov, ktoré sú v rovnováhe. Tvrdí sa navzájom, polyméry prechádzajú v inom, rozkladajú sa a znovu tvoria.

Je takmer nemožné rozdeliť túto zmes do samostatných komponentov. Iba v roku 1993 skupinu výskumných pracovníkov z Kalifornskej univerzity (Berkeley, USA) pod vedením Dr. R. J. Saikaly dešifrovala štruktúru orezávača vody, v roku 1996 - tetramér a pentamách a potom vodu hexamera. Do tejto doby to už bolo preukázané, že tekutá voda pozostáva z polymérových spoločností (klastrov) obsahujúcich tri až šesť molekúl vody.

Komplexnejšou bola štruktúra hexamera. Najjednoduchšou štruktúrou je šesť molekúl vody v hexagónových vrcholoch, ako sa ukázalo, nie je tak silnejšia ako bunková štruktúra. Okrem toho sa ukázala aj štruktúra hranolu, zverejnenej knihy alebo lode sa tiež ukázala byť menej odolná. V šesťhranom môže existovať len šesť vodíkových väzieb a experimentálne údaje sa hovorí o prítomnosti osem. To znamená, že štyri molekuly vody sú viazané cezhraničnými vodíkovými väzbami.

Štruktúry vodných klastrov boli nájdené a teoreticky, dnešná výpočtová technika vám to umožňuje urobiť. V roku 1999, Stanislav Zenin držal spoločne s B. Polanier (teraz v Spojených štátoch), štúdium vody v genetike HND, ktorá poskytla najzaujímavejšie výsledky. Použitím moderných metód analýzy - refraktometria, protónovej rezonancie a kvapalinovej chromatografie sa podarilo detegovať pridruženia molekúl vody - klastre.

R. z. Možné klastre vody

Kombinovať sa navzájom, klastre môžu tvoriť zložitejšie štruktúry:

https://pandia.ru/text/78/208/images/image016_2.gif "Šírka \u003d" 200 "Výška \u003d" 520 SRC \u003d "\u003e

Obr. Tvorba zoskupenia 20 molekúl vody.

Analýza získaných údajov Navrhované, že voda je hierarchiou správnych objemových štruktúr "Associates" (clanthrány), ktorý je založený na kryštalickej "kvantovej vody", pozostávajúcej z 57 jeho molekúl, ktoré navzájom interagujú v dôsledku voľného vodíkové väzby. Zároveň, 57 molekúl vody (Quanta) tvorí štruktúru pripomínajúca tetrahedron. Tetrahedron, zase pozostáva zo 4 Dodecahedra (bežné 12-stupňoch). 16 Quanta tvorí konštrukčný prvok pozostávajúci z 912 molekúl vody. Voda o 80% pozostáva z takých prvkov, 15% - Quanta Tetrahedra a 3% sú klasické H20 molekuly. Štruktúra vody je teda spojená s takzvanými platovými telesami (tetrahedron, dodecahedron), ktorého tvar je spojený s podielom zlata. Kyslíkové jadro má tiež tvar karosérie Platonov (Tetrahedron).

Základná vodná bunka je tetrahedra obsahujúca štyri (jednoduché tetrahedron) alebo päť H20 molekúl (objemový tetrahedron), ktoré sú spojené vodíkovými väzbami.

https://pandia.ru/text/78/208/images/Image019_4.jpg "šírka \u003d" 621 "výška \u003d" 608 src \u003d "\u003e

Obr. Dodecahedron

Vo vode vznikajú mnohé klastre, ktoré nesú veľmi veľkú informáciu o energii a vysokej hustote. Obradové číslo takýchto vodných konštrukcií je tak vysoké ako sekvenčné číslo kryštálov (konštrukcia s najvyššou riadnou organizáciou, ktorú len poznáme), preto sa nazývajú aj "tekuté kryštály" alebo "kryštalická voda". "Voda Quanta" môže navzájom spolupracovať vďaka voľným vodíkovým väzbám, ktoré sa odrážali z kvantových vrcholov s ich tvárami. V tomto prípade je možné vytvoriť dva typy štruktúr druhej objednávky. Ich interakcia medzi sebou vedie k vzniku štruktúr vyšších rádov. Ten sa skladajú z 912 molekúl vody, ktoré sú podľa modelu zenín prakticky schopné interagovať v dôsledku tvorby vodíkových väzieb. To vysvetľuje napríklad vysoký prúd tekutiny pozostávajúci z obrovských polymérov. Vodným médiom je teda hierarchicky organizovaný tekutý kryštál.

Obr. Tvorba samostatného klastra vody (modelovanie počítačov)

Zmena pozície jedného konštrukčného prvku v tomto kryštálii pod pôsobením akéhokoľvek vonkajšieho faktora alebo zmena orientácie okolitých prvkov pod vplyvom pridaných látok poskytuje, podľa hypotézy Zenín, vysoká citlivosť informačného systému vodu. Ak je stupeň poruchy konštrukčných prvkov nedostatočný na reštrukturalizáciu celej vodnej štruktúry v tejto sume, potom po odstránení poruchy sa systém 30-40 minút vráti do pôvodného stavu. Ak je prevodovanie, t.j. prechod na iné vzájomné usporiadanie štrukturálnych prvkov vody je energeticky výhodné, potom v novom stave, kodér látky spôsobil túto reštrukturalizáciu [ZENIN, 1994] sa odráža v novom stave. Takýto model umožňuje Zeninovi vysvetliť "pamäť vody" a jej informačných vlastností [Zenin, 1997].

K.h.n.

Zoznam literatúry:

. Úspechy fyzikálnej chémie, 2001

. Experimentálny dôkaz prítomnosti vodných frakcií. J. Homeopatická medicína a akupunktúra. 1997. A.S.42-46.

. Hydrofóbny model štruktúry pridružených vodných molekúl. J. PHIHY. Chémiu .994.t.68-4.s.636-641.

Štúdium vodnej štruktúry pomocou protónovej magnetickej rezonancie. DOKL. RAS.1993.T.332. A.3.s.328-329.

. Charakter hydrofóbnej interakcie. Výskyt orientačných polí vo vodných roztokoch. J. PHIHY. Chémia. 1994.t.68-3.s.500-503.

. Štúdium intramolekulárnych interakcií v nukleotideamidoch metódou NMR. Materiály 2. All-Union Conf. Dynamický. Stereochémia. Odessa.1975.S.53.