Аномальные свойства воды

Особенности жидкой воды как растворителя зависят от строения ее молекул. Структуры льда и воды в значительной степени определяются водородными связями. В жидком состоянии вода ассоциирована в большей степени, чем другие гидриды, например, аммиак, фторово-дород, сероводород. Жидкая вода имеет квазикристаллическую структуру. Каждая молекула воды окружена четырьмя другими молекулами, располагающимися по вершинам тетраэдра. Ядра кислорода находятся в центрах этих тетраэдров. Расстояния между ближайшими молекулами 2,76 А. Образование водородных связей объясняет аномальные свойства воды. [c.38]

Водородные связи, удерживающие молекулы воды друг около друга, обусловливают аномальные свойства воды (ее агрегатное состояние в обычных условиях, аномально высокие значения теплоты плавления и испарения и др.). [c.131]

На протяжении шести глав этой книги описывались аномальные свойства воды и льдов. Всюду делалась попытка показать, что удивительные свойства этих веществ можно назвать просто замечательными, если проанализировать структуру молекулы Н2О, особенности водородных связей, которые она образует с подобными себе молекулами, и сопоставить их со свойствами конденсированных фаз Н2О. Протонный беспорядок в конденсированных фазах Н2О, большие амплитуды колебаний атомов водорода поперек линии водородной связи, изгибание водородных связей в структурах Н2О определяют самосогласованную структуру льдов и воды. [c.160]

Аномальные свойства воды обусловлены особенностями структуры ее молекулы [36]. Впервые эта идея была высказана в работе Бернала и Фаулера [42] более 30 лет назад и послужила основой [c.8]

Структура жидкой воды. Для объяснения аномальных свойств воды в жидком состоянии учеными созданы различные модели ее структуры. В основе многочисленных моделей жидкая вода рассматривается как кристаллическое вещество (жидкие кристаллы). Упорядоченное (кристаллическое) расположение частиц воды в жидком состоянии доказано экспериментально. Полагают, что прн плавлении льда его решетка частично разрушается и эти пустоты и ажурная структура льда заполняются освободившимися молекулами воды. Плотность жидкой воды вследствие этого увеличивается. Учеными подсчитано, что в жидкой фазе при 0°С несвязанные, заполняющие пустоты молекулы составляют около 16% от их общего количества. [c.9]

Связь 0---Н наиболее часто встречается в природе. Именно ее существованием обусловлены аномальные свойства воды, в том числе высокие температуры кипения и плавления (см. ниже), необычно высокие теплоемкость, диэлектрическая проницаемость и др. увеличение плотности при плавлении (разрушается ажурная благодаря водородным связям структура льда, которую схематически можно представить так [c.142]

Чем объясняются аномальные свойства воды [c.198]

Приведенные модели предполагают существование в воде по крайней мере двух различающихся структур ближнего окружения, отличающихся упаковкой, природой теплового движения и взаимодействия молекул в них. При соответствующем подборе параметров они позволяют получить хорошее согласование с наблюдаемыми аномальными свойствами воды. Несмотря на [c.37]

Дальнейшие подробные исследования рассеяния рентгеновских лучей жидкой водой подтвердили четверную координацию, принятую Берналом и Фаулером, однако, не подтвердили переход структуры льда тридимита в структуру льда — кварца при плавлении. Исследования показали, что второй максимум соответствует расстоянию 4,5 А, как у тридимита, а не 4,2 А, как у кварца. Увеличение плотности воды при плавлении льда следует объяснить тем, что при плавлении воды молекулы попадают в пустоты, благодаря чему в единице объема оказывается большее число молекул. Ажурность структуры льда и воды объясняются в значительной степени образованием водородных связей между ее молекулами. При переходе от льда к воде водородные связи сохраняются. Даже при температуре 80° разрушается только 20% водородных связей. Образование водородных связей в значительной степени объясняет аномальные свойства воды ее высокую диэлектрическую проницаемость, высокую теплоемкость, большую теплоту испарения и т. д. [c.288]

Аномальные свойства воды. Опыт 23. Кусок льда кладут на кольцо штатива, как показано на рис. 48. Надевают на кусок льда петлю из тонкой нихромовой проволоки с подвешенной гирей. Наблюдают, как проволока постепенно врезается в лед и в конце концов проходит через весь кусок. Лед за проволокой снова срастается, и кусок [c.196]

Отмечается монотонность изменения температурного коэффициента [22]. Но многими замечено нарушение этой монотонности в области температур 30—45 °С [17, 23]. Это соответствует так называемой точке Кюри при 35 °С, обусловленной скачкообразным изменением структуры воды [24]. В работе [25] указывается, что аномальность свойств воды в пределах 30—50°С связана с поляризационным магнетизмом, зависящим от характера распределения электронной плотности и очень чувствительным к изменению взаимодействия частиц в системе. Результаты опытов Р. Чини показывают, что присутствующие в воде растворенные газы влияют на точку Кюри, тем самым подтверждается влияние этих газов на структуру воды [17]. Особенно заметно влияние других примесей на структуру воды и ее магнитную восприимчивость. Магнитная восприимчивость воды очень сильно зависит от вида и концентрации примесей. Многие из них обладают парамагнетизмом, который накладывается на диамагнетизм воды и иногда перекрывает его. Поэтому величина и характер магнитной восприимчивости раство- [c.19]

Как следует из приведенных данных, вопрос о структуре жидкой воды еще далек от своего разрешения. Вместе с тем развитие этих представлений помогает понять многие аномальные свойства воды, ее поведение в экстремальных условиях, а также особенности взаимодействия воды как растворителя с другими веществами. [c.16]

Зацепина предлагает совершенно другую гипотезу [79], основанную на анализе динамики решетки, согласно которой межмолекулярные взаимодействия в твердом и жидком состоянии настолько сильно деформируют молекулы НгО, что движение атомов приобретает как бы независимый характер. Таким образом, лед следовало бы рассматривать как атомарный, а не молекулярный кристалл. Эта теория, предполагающая наличие динамически деформированных молекул НгО, хорошо и просто может объяснить так называемые аномальные свойства воды. Таким образом, ставится под сомнение справедливость тех моделей, в которых предполагается, что даже в конденсированном состоянии межмолекулярные взаимодействия слабее, чем внутримолекулярные. Автор этой [c.66]

Известны эксперименты [23], в которых, как считают их авторы, в результате осаждения водяных паров на кварцевую подложку в вакууме образовывалась модификация жидкости, имеющая гораздо большую вязкость, чем обычная вода (так называемая модифицированная вода). Это предположение было опровергнуто [24а, 246]. Было установлено, что аномальные свойства воды объясняются присутствием в вО Де кварца, который в особых условиях этого экоперимента имеет необычно высокую растворимость. [c.122]

Вероятность некоторых предпочтительных состояний, природу которых в настоящее время трудно определить из данных спектроскопического анализа, во многом зависит от степени согласованности сил, участвующих в образовании водородных связей в жидкости. Очевидно, существование таких состояний может быть причиной некоторых аномальных свойств воды, особенно в температурном интервале 34—40° [66—68]. Следует, однако, отметить вслед за Самойловым [69], что минимум на кривой теплоемкости ( 35°) нельзя считать неожиданным для воды, поскольку ртуть характеризуется аналогичной аномалией. [c.21]

Однако сравнительно быстро гели становятся необратимыми, что является их характерной особенностью. Очищенный и высушенный необратимый гель представляет собой твердое полупрозрачное вещество, пронизанное тонкими порами и известное под названием силикагель . Небольшое количество воды (2—3%) очень прочно связано с кремнеземом. Уменьшение этого количества приводит к глубокому изменению физических свойств силикагеля и к резкому уменьшению его адсорбционной способности. Отметим, что недавними исследованиями установлены аномальные свойства воды, находящейся в порах силикагеля [438] и кварцевых капиллярах [545]. [c.128]

Многие важные и интересные химические факты, включая аномальные свойства воды и строение белков, объясняются образованием водородных связей. Несомненно, наиболее удивительной из большинства важных неорганических систем является жидкая вода. Ее уникальные свойства, например высокие температуры плавления и кипения, необычно высокая теплоемкость, уменьшение молярного объема при плавлении и последующее сжатие между О и 4°, обусловлены непосредственно упорядоченной структурой с водородными связями, рассмотренной подробно на стр. 112 и 309. Характеристикой водородных связей в различных соединениях являются данные по протонному магнитному резонансу, приведенные в табл. 34. Наиболее существенны различия в химических сдвигах в жидком и газообразном состояниях. Для перечисленных в этой таблице насыщенных углеводородов эти различия сравнительно малы. Однако для Н2О и особенно для НР различия между данными для газа и жидкости очень велики. Для остальных соединений, приведенных в табл. 34, величина фазового эффекта сим- [c.175]

Водородная связь. Водород, как известно, способен образовывать особый вид связи, так называемую водородную связь. Этим объясняются некоторые аномальные свойства воды, например слишком высокая по сравнению с размером молекул температура кипения. Спирты и амиды кислот также сильно ассоциированы, в водных растворах. По энергии водородная связь занимает промежуточное положение между обычными межмолекулярными силами притяжения и химической связью. [c.106]

Плотность жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды максимальна при Г = 4 °С и уменьшается как с уменьшением, так и увеличением температуры от этого значения. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. В табл. 1.1 приведены значения плотности воды при нормальном атмосферном давлении и различных температурах. [c.9]

В табл. 2.2. приведены для сравнения физико-химические свойства воды и других жидкостей. Вследствие своих аномальных свойств вода — уникальный растворитель, прекрасно приспособленный для жизнедеятельности. [c.44]

Важны и другие аномальные свойства воды высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом (см. табл. 2.2). [c.46]

Выше отмечалось, что все основные физико-химические свойства воды тесно связаны с ее структурой, т. е. являются структурно-чувствительным . От этого зависят все аномальные свойства воды — максимум ее плотности при 4 с, расширение при замерзании, высокие теплоемкость и диэлектрическая проницаемость (определяющая большую растворяющую способность). Возрастание диамагнитной восприимчивости воды с повышением [c.14]

Избыточный объем СНг-группы положителен, слабо зависит от температуры и нелинейно растет с ее повышением (рис. 3.10, й) [151, 161, 183, 184]. Последнее обстоятельство указывает на усиление аномальности свойств воды в результате (как считали Хепплер [183] и Нил и Горинг [184]) структурообразующего действия алифатического радикала. Однако этому противоречит характер температурной зависимости парциальной сжимаемости (рис. 3.10,6) наличие области температур с отрицательными значениями AK l и отрицательная вторая производная температурной зависимости указывают на уменьшение релаксационной составляющей сжимае- [c.56]

Хотя водородные связи слабее ковалентных и ионных, они значительно прочнее вандерваальсовых связей и обусловливают ассоциацию молекул воды в жидком состоянии и некоторые аномальные свойства воды, в частности высокие температуры плавления и парообразования, [c.342]

Хотя водородные связи слабее ковалентных и ионных, они значительно прочнее вандерваальсовых связей и обусловливают ассоциацию молекул воды в жидком состоянии и некоторые аномальные свойства воды, в частности высокие температуры плавления и парообразования, высокую диэлектрическую проницаемость, максимальную плотность при 4 °С, а также особую структуру льда. В кристаллах льда молекула воды образует четыре водородные связи с соседними молекулами воды (за счет двух неподеленных электронных пар у кислорода и двух протонов), что обусловливает возникновение тетраэдрической кристаллической структуры льда. Расположение молекул в таком крис-. талле отличается от плотной упаковки молекул, в решетке много свободных мест, поэтому лед имеет относительно невысокую плотность. При высоких давлениях (выше 200 МПа) обеспечивается более плотная укладка молекул воды и возникает еще несколько кристаллических модификаций льда. При плавлении происходит частичное разрушение структуры льда и сближение молекул, поэтому плотность воды возрастает. В то же время повышение температуры усиливает движение молекул, которое снижает плотность вещества. При температуре выше 4 °С последний эффект начинает превалировать и плотность воды понижается. [c.372]

Таким образом, для воды характерна трехмерная льдоподобная или квазикристаллическая структура. Такие льдоподобные структуры названы кластерами. В соответствии с двухструктурной моделью воды кластеры плавают в среде свободных молекул, образующих вторую структуру — плотную кубическую упаковку (рис. VII. 7). Обе структуры находятся между собой в равновесии. Двухструктурная модель удовлетворительно объясняет аномальные свойства воды. [c.412]

СоедЬнения с водородом Простые соединения с водородом НгЭ — ядовитые газы, кроме НгО и НгРо, с неприятным запахом Температуры плавления и кипения повышаются в ряду НгЗ—НгРо (табл 18 1) Термическая устойчивость молекул в ряду НгО—НгРо падает, реакции разложения обратимы Температуры плавления и кипения, плотность воды ле подчиняются общей закономерности изменения этих свойств в ряду Нг5—НгРо Аномальные свойства воды связаны с малым размером молекул НгО и образованием водородных связей между ними Известны высшие водородные соединения для серы — сульфаны (полисульфиды водорода) состава НгЗя ( = = 2 — 9, чаще 2), для кислорода — пероксид водорода НгОг Все сульфаны — желтые маслянистые жидкости, вязкость которых возрастает с увеличением длины гомоцепи —5—5— Они весьма реакционноспособны Сведения об НгОг приведены в гл 19 [c.352]

Соедйнения с водородом. Простые соединения с водородом НгЭ — ядовитые газы, кроме НгО и НгРо, с неприятным запахом. Температуры плавления и кипения повышаются в ряду НгЗ—НгРо (табл. 18.1). Термическая устойчивость молекул в ряду НгО—НгРо падает, реакции разложения обратимы. Температуры плавления и кипения, плотность воды де подчиняются общей закономерности изменения этих свойств в ряду Нг5—НгРо. Аномальные свойства воды связаны с малым размером молекул НгО и образованием водородных связей между ними. [c.352]

Многие аномальные свойства воды играют важную роль в комплексе биохимических процессов па земле. Благодаря аномалии в плотности лед плавает на поверхности воды, а при замерзании рек и озер на глубине сохраняется относительно теплая вода (не ниже 4°С) вследствие высоких теплоты плавления и теплоемкости таяпие снегов происходит достаточно медленно и т. д. [c.7]

Таким образом, теория Самойлова объясняет аномальные свойства воды не образованиями ассоциаций моле1кул в обычном смысле слова, а особой структурой воды, содержащей пустоты, т. е. наличием небольших областей с высокой упорядоченностью молекул, возникающей вследствие большой энергии водородных связей, по сравнению с энергией вандерваальсовых связей. [c.50]

Эти аномальные свойства воды пытались объяснить при помощи представлений о том, что молекулы воды существуют в виде ассоциированных комплексов типа (НгО) , где п может быть любым целым числом от 1 до 18. При изменении температуры (или давления) ассоциационное равновесие нарушается, относительная доля каждого из комплексов меняется, что влечет за собой изменение свойств воды. В пользу этой теории недавно были приведены дополнительные соображения, однако представления о квазикристал-лической структуре воды, положенные в основу теории Бернала н Фаулера, считаются сейчас более вероятными, и их следует рассмотреть подробнее. [c.72]

Метод Бернала и Фаулера и его модификации. Другое направление теоретических работ по теплотам гидратации начинается с исследований Бернала и Фаулера о природе воды и льда (1935). Вода обладает рядом аномалий. Некоторые свойства воды оказываются экстремальными при определенной температуре. Она обладает наибольшей плотностью при 4° С и наименьшей теплоемкостью при 34,5° С и т. п. Плотность воды при температуре, близкой к точке замерзания, выше плотности льда, причем отношение йн2 [н о] равно 1,1. Эти аномальные свойства воды пытались объяснить тем, что молекулы воды существуют в виде ассоциированных комплексов типа (HgO),,, где п может быть любым целым числом от 1 до 18. При изменении температуры (или давления) ассоциационное равновесие нарушается, относительная доля каждого из комплексов меняется, что влечет за собой изменение свойств воды. В пользу этой теории недавно были приведены дополнительные соображения, однако представления о квазикристаллической структуре воды, положенные в основу теории Бернала и Фаулера, считаются сейчас более вероятными и их следует рассмотреть подробнее. [c.68]

Отмечается ыопотоппость изменения температурного коэффициента [27]. Но МНОГИ.МИ замечено нарушение этой монотонности в области 30—45 °С [22, 28]. Это соответствует так называемой точке Кюри при 35 °С, обусловленной скачкообразным изменением структуры воды [29]. В работе [30] указывается, что аномальность свойств воды в пределах 30—50°С сиязаиа с иоляризацио1шым маг- [c.22]

Хотя водородные связи слабее ковалентных и ионных, они значительно прочнее вандерваальсовых связей и обусловливают ассоциа-Щ1Ю молекул воды в жидком состоянии и некоторые аномальные свойства воды, в частности высокие температуры плавления и парообразования, высокую диэлектрическую проницаемость, максимальную плотность при 4°С, а также особую структуру льда. В кристаллах льда молекула воды образует четыре водородные связи с соседними молекулами воды (за счет двух неподеленных электронных пар у кислорода и двух протонов), что обусловливает возникновение тетраэдрической кристаллической структуры льда. [c.390]

При замораживании капель в вакууме аномальные свойства воды и термические деформации не являются единственной причиной разрушения образуюшихся гранул. Существует также возможность разрушения самих капель вследствие вскипания жидкости при попадании капель в среду с низким давлением или при резком сбросе давления. [c.136]

Ю.В. Гуриков [28] считает, что с ростом температуры происходит выравнивание числа центро-симметричных и зеркально-симметричных связей за счет разрыва менее прочных - центрально-симметричных. Это приводит к увеличению числа молекул, находящихся в пустотах. Возможно, что при некоторой температуре будет наблюдаться переход от льдоподобной структуры к конфигурации, характерной для модели Полинга и Маленкова. Этим могут быть объяснены некоторые аномальные свойства воды при 35 - 40° С. [c.16]