Асоціація молекул води відбувається внаслідок високої їх полярності, а також за рахунок утворення водневих зв'язків, які виникають між воднем однієї молекули води і киснем іншої молекули (див. Гл.
Асоціація диполів води. Але асоціація молекул води відбувається головним чином за рахунок водневих зв'язків (див. Гл.
Теорія асоціації молекул води дозволяє пояснити причину одного з найважливіших властивостей води - її Плотностние аномалію. Передбачається, що в воді при 4 присутня максимальна кількість подвоєних молекул води. Плотностная аномалія води зіграла важливу роль у формуванні оточуючого нас світу і зберігає важливе значення в наші дні.
ІК-спектри деяких цеолітів в області 3200 - 3800 і 1300. Характер асоціації молекул води з катіонами і з іонами кисню каркаса залежить від того, наскільки відкритою є структура цеоліту.
Природа асоціації молекул води стала точно відома лише недавно завдяки застосуванню сучасних методів дослідження. Два атома кисню молекули води, пов'язані однаковими водневими зв'язками, знаходяться один від одного на відстані 2 76 А.
Рівновага термічної дисоціації води (1 атм. Чим пояснюється асоціація молекул води.
Що таке асоціація молекул води і чим вона викликана.
Причина виникнення асоціацій молекул води лежить в будові самих молекул. Уже вказувалося, що властивості атомів водню і кисню не допускають побудови симетричних молекул води. Є валентний кут близько 105 з атомом кисню у вершини і між утворюють боку кута обома водневими атомами.
Асоційована пара молекул, оцтової кислоти. | Розподіл молекул рідини за швидкістю. Високим ступенем асоціації молекул води, безсумнівно, можна пояснити, чому багато її властивості настільки сильно відрізняються від властивостей неасоційованих рідин.
Зменшення ступеня асоціації молекул води збільшує їх рухливість і, отже, швидкість підведення в зону реакції.
При збільшенні концентрації води понад 0 5М в спектрах розчинів відбуваються зміни, що свідчать про асоціацію молекул води між собою.
Всі ці аномалії фізичних властивостей води, як це буде показано нижче, викликані явищем асоціації молекул води.
Хоча водневі зв'язку слабкіше ковалентних і іонних, вони значно міцніше вандерваальсова зв'язків і обумовлюють асоціацію молекул води в рідкому стані і деякі аномальні властивості води, зокрема високі температури плавлення і пароутворення, високу діелектричну проникність, максимальну щільність при 4 С, а також особливу структуру льоду . У кристалах льоду молекула води утворює чотири водневі зв'язки з сусідніми молекулами води (за рахунок двох неподіленого електронних пар у кисню і двох протонів), що обумовлює виникнення тетраед-рической кристалічної структури льоду.
Хоча водневі зв'язку слабкіше ковалентних і іонних, вони значно міцніше вандерваальсова зв'язків і обумовлюють асоціацію молекул води в рідкому стані і деякі аномальні властивості води, зокрема високі температури плавлення і пароутворення, високу діелектричну проникність, максимальну щільність при 4 С, а також особливу структуру льоду . У кристалах льоду молекула води утворює чотири водневі зв'язки з сусідніми молекулами води (за рахунок двох неподіленого електронних пар у кисню і двох протонів), що обумовлює виникнення тетраедричних кристалічної структури льоду. При високому тиску (вище 200 МПа) забезпечується щільніше укладання молекул води і виникає ще кілька кристалічних модифікацій льоду. При плавленні відбувається часткове руйнування структури льоду і зближення молекул, тому щільність води зростає. У той же час підвищення температури підсилює рух молекул, яке знижує щільність речовини. При температурі вище 4 С останній ефект починає превалювати і щільність води знижується.
Насправді диполь-дипольні взаємодії, так само як і водневі зв'язку, безсумнівно грають важливу роль в асоціації молекул води.
Однак набухання целюлози в воді також виявляється недостатнім для перекладу її в розчин через велику величини енергії асоціації молекул води.
На фізичні властивості спиртів впливає їх здатність до асоціації за рахунок утворення водневих зв'язків між молекулами, подібно асоціації молекул води.
Зміни ізобарного потенціалу при змішуванні піридину з водою. | Надлишкові значення змін ізобарного потенціалу при змішуванні піридину з водою. Виділення теплоти при змішуванні означає, що енергія утворення зв'язків вода - піридин по абсолютній величині більше енергії порушення асоціації молекул води між собою. Так як при заміщенні водню дейтерієм енергія розриву (освіти) водневого зв'язку збільшується, що обумовлено в гл.
Саме те, що в водно-спиртових розчинах одночасно відбуваються різні процеси, такі, як дисоціація води, дисоціація спирту, асоціація молекул води і спирту та ін. Дає змогу припустити, що на одних властивостях позначаються в більшій мірі одні явища, а на інших властивостях - інші.
В даному випадку граф G задається гомеоморфними решітці льоду /, а величина р в якості опції температури пов'язана з ймовірністю асоціації молекул води за допомогою водневих зв'язків. Фізичні міркування, що зв'язують обсяг з утворенням зв'язків і циклів, призводять до функції обсягу V (p), що має якісно правильну форму.
Схема конденсаційної установки для перевірки ефекту замуровування газу під шаром конденсату. Результати експериментальних досліджень швидкості конденсації в залежності від інтенсивності міжмолекулярних взаємодій (див. Рис. 13, 14) також переконливо підтверджують факт наявності асоціації молекул води і неконденсірующаяся газу.
Сили, що діють між диполями, при великих відстанях менш ефективні, ніж сили, що діють між іоном і диполем; проте саме вони забезпечують взаємну асоціацію молекул води.
В області валентних і деформаційних коливань ОН-груп вивчені ІК-спек-вки розчинів води в подвійних системах з паральдегід, 1 3-діоксоланом, перекисом трет-бутилу 5 5-диметил посилання - 1 3-діоксином, 1 3-діоксином, 1 3 -діоксспаном і 2 + 2 5 5-тетраметил посилання - 1 3-діоксином, а також спектри суміші цих розчинів в ССЦ при широкому варіюванні концентрації компонентів і температури в умовах, що виключають асоціацію молекул води між собою.
В області валентних і деформаційних коливань ОН-груп вивчені ІК-спек-вки розчинів води в подвійних системах з паральдегід, 1 3-діоксолан, перекисом трет-бутилу 5 5-диметил посилання - 1 3-діоксином, 1 3-діоксану, 1 3 -діоксепаном і 2 + 2 5 5-тетраметил посилання - 1 3-діоксином, а також спектри суміші цих розчинів в ССЦ при широкому варіюванні концентрації компонентів і температури в умовах, виключаю -, щих асоціацію молекул води між собою.
Як показали дослідження, для розриву цього димера необхідно затратити енергію близько 14 - 16 ккал / моль. Асоціація молекул води, порівняно легке переохолодження деяких рідин, що приводить до їх переходу з рідкого в склоподібного стану, пояснюється дією водневих зв'язків.
Наявність неподіленого пар електронів у кисню і зміщення обобществленних електронних пар від атомів водню до атома кисню обумовлює утворення водневих зв'язків між киснем і воднем. Водневі зв'язки обумовлюють асоціацію молекул води в рідкому стані і деякі її аномальні властивості, зокрема, високі температури плавлення і пароутворення, високу діелектричну проникність, максимальну щільність при 4 С, а також особливу структуру льоду. У кристалах льоду молекула води утворює чотири водневі зв'язки з сусідніми молекулами, що призводить до виникнення тетраедричних кристалічної структури. Розташування молекул в такому кристалі відрізняється від щільної упаковки молекул, в решітці багато вільних місць, тому лід має відносно невисоку щільність.
З огляду на слабкість хімічних сил в водно-спиртових розчинах, А. Г. Дорошевский вважає за можливе, що в останніх більшою мірою виявляються явища молекулярного порядку. Тому він не відносить продукти асоціації молекул води і спирту до дійсних хімічних сполук.
Водневі зв'язки виникають в результаті взаємодії атома водню, ковалентно зв'язаного з електронегативним атомом, і іншого, також електронегативного атома, що володіє неподіленої парою електронів. Така взаємодія, наприклад, є причиною асоціації молекул води.
ІК-Спектри поліетилентерефталату (суцільна лінія - для безводного зразка, пунктирна - для зволоженого. | Залежність відносного коефіцієнта поглинання при 3630 см 1 від вмісту води в ПЕТ. Лінія з кутом нахилу 45 відповідає лінійної залежності між цими величинами, при цьому прийнято, що множник С не залежить від концентрації. при високих концентраціях води коефіцієнт С зменшується, що обумовлено асоціацією молекул води, яка, однак, при низькому вмісті води в плівці незначна.
У порівнянні з іншими речовинами вода має високу теплоємність (3100 разів більшою, ніж у повітря) і високою теплотою випаровування. Вважають, що високі значення цих показників також пов'язані з асоціацією молекул води, так як при нагріванні тепло витрачається не тільки на підвищення температури, але і на поділ асоційованих молекул. Висока теплоємність води в значній мірі визначає вплив останньої на клімат нашої планети. Так, наприклад, Гольфстрім, що починається від Мексиканської затоки, переносить за 1 сек 25 млн т води, нагрітої до-26 (Некрасов, 1965), і істотно пом'якшує клімат Європи і Харцизька. Східно-Сибірське море і море Лаптєвих за рахунок теплового стоку наших річок, що течуть із півдня на північ, отримують щорічно 6 - IQ12 ккал.
У порівнянні з іншими речовинами вода має високу теплоємність (3100 разів більшою, ніж у повітря) і високою теплотою випаровування. Вважають, що високі значення цих показників також пов'язані з асоціацією молекул води, так як при нагріванні тепло витрачається не тільки на підвищення температури, але і на поділ асоційованих молекул. Висока теплоємність води в значній мірі визначає вплив останньої на клімат нашої планети. Так, наприклад, Гольфстрім, що починається від Мексиканської затоки, переносить за 1 сек 25 млн т води, нагрітої до-26 (Некрасов, 1965), і істотно пом'якшує клімат Європи і Харцизька. Східно-Сибірське море і море Лаптєвих за рахунок теплового стоку наших річок, що течуть із півдня на північ, отримують щорічно 6 - Ю12 ккал.
Зроблений висновок про форму димера узгоджується і з кванто-вомеханіческім розрахунком в МЛКАО-наближенні [208], за яким відкритий димер виявляється більш стійким, ніж циклічний. Таким чином, як при низьких, так і при високих температурах асоціація молекул води починається з освіти відкритих димарів. Про те, що відбувається при подальшому збільшенні щільності парів, як змінюються розмір і структура комплексів, поки сказати нічого не можна.
Електронне хмара молекули води. Два з шести електронів другого енергетичного рівня атома кисню при утворенні води залучаються у зв'язку з атомами водню, що входять в дану молекулу води, а дві непо-ділення електронні пари утворюють як би руки, простягнуті до водневим атомам сусідніх молекул води. Ця частина електронного хмари, заряджена негативно, бере участь в утворенні водневих зв'язків, що сприяють асоціації молекул води. Нагадаємо, що енергія водневого зв'язку становить 4 5 ккал на 1 г-атом.
Електронне хмара молекули води. Два з шести електронів другого енергетичного рівня атома кисню при утворенні води залучаються у зв'язку з атомами водню, що входять в дану молекулу води, а дві непо-ділення електронні - пари утворюють як би руки, простягнуті до водневим атомам сусідніх молекул води. Ця частина електронного хмари, заряджена негативно, бере участь в утворенні водневих зв'язків, що сприяють асоціації молекул води. Нагадаємо, що енергія водневого зв'язку становить 4 5 ккал на 1 г-атом.