ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура воды из "Водный режим растений" Почти вся вода на Земле имеет простую формулу Н2О. Однако в природе имеются три изотопа водорода ( , Н и Н ) и три изотопа кислорода (0 , О и О ), которые могут комбинироваться восемнадцатью различными способами. Тритий (Н ) и О встречаются чрезвычайно редко, дейтерий (Н ) присутствует в обмчной воде в концентрации около 200 ч. на млн., а О — в концентрации около 1000 ч. на млн. [c.11] В каждой молекуле имеется четыре области, где плотность внешних электронов максимальна. Две из них определяются О—Н-свя-зями и совпадают с местоположением протонов, тогда как две другие образованы, свободными парами электронов. Эти последние области расположены над и под плоскостью атомных ядер с противоположной по отношению к протонам стороны ядра кислорода. Таким образом, молекула воды имеет четыре полюса электрических зарядов два положительных и два отрицательных, причем эти полюса располагаются по вершинам правильного тетраэдра. Между положительным полюсом одной молекулы и отрицательным полюсом другой существует электростатическое притяжение. Обусловленные этим притяжением связи называются водородными связями, так как в них участвует протон водородных атомов. Очевидно, что каждая молекула воды может образовать четыре водородные связи, в результате чего возникает структура, в которой каждая молекула соединена водородными связями с четырьмя другими молекулами, расположенными вокруг нее так, что они образуют тетраэдр. Среднее расстояние между центрами атомов кислорода в соседних молекулах приблизительно равно 2,75 А. Атом водорода находится на расстоянии 1,00 А от одного атома кислорода и 1,76 А от другого [534]. [c.12] Этот тип структуры изображен на фиг. 1. В проекции, в которой представлена здесь структура, видно, что она имеет гексагональное строение. Бросается в глаза сходство со строением снежинок, рассматриваемых невооруженным глазом. [c.12] Лед имеет правильную тетраэдрическую структуру. Когда температура поднимается до 0°, тепловое возбуждение молекул оказывается достаточным, чтобы искривить или растянуть водородные связи, что вызывает нарушение структуры льда и переход воды в жидкое состояние. В ходе этого процесса молекулы отдаляются друг от друга и расстояние между ядрами атомов кислорода возрастает в среднем до 2,9 А. Можно было бы ожидать, что вследствие этого плотность воды должна быть меньшей, чем плотность льда однако тебное объединение молекул в группы, более компактные, чем тетраэдры льда, приводит к противоположному эффекту. В жидкой воде при температуре около 0° на каждую молекулу воды приходится в среднем несколько более четырех непосредственно соседствующих с ней молекул, хотя среднее расстояние между ядрами атомов оказывается при этом большим, чем в кристаллах льда. [c.12] Черные кружки — атомы кислорода, светлые — атомь водорода. [c.13] Теория мерцающих скоплений способна объяснить количественно многие свойства воды. Немети и Шерага [509, 510] использовали ее, в частности, для расчета термодинамических характеристик и плотности. Однако некоторые другие свойства воды не могут быть вполне удовлетворительно объяснены данной теорией в ее нынешней форме. Сравнительную характеристику этой и ряда других теорий читатель может найти у Кавенау [3701. Важнейшие физические характеристики воды сведены в табл. 1. [c.14] Вернуться к основной статье