Водородная связь в воде

Как известно, устойчивость гидрофильных коллоидов обычно выше предсказываемой теорией ДЛФО, учитывающей молекулярное протяжение и электростатическое отталкивание. Однако лишь в последнее время удалось установить прямую связь между устойчивостью гидрофильных коллоидов и толщиной граничных слоев воды, оцененной независимыми методами. Для дисперсий кремнезема и алмаза экспериментально прослеживается влияние на их устойчивость pH дисперсионной среды и температуры. Причиной этого влияния является изменение дальнодействия структурных сил отталкивания, стабилизирующих дисперсию. Стабилизация дисперсий при низких pH связана с увеличением числа поверхностных ОН-групп, способных к образованию водородных связей с молекулами воды, что ведет к росту сил структурного отталкивания. Повышение температуры вызывает ослабление сетки направленных водородных связей в воде, что уменьшает дальнодействие структурных сил и приводит к снижению устойчивости дисперсий. Наблюдающаяся обратимость температурной зависимости устойчивости свидетельствует об обратимости структурной перестройки граничных слоев. [c.168]

Рис. 7. Водородные связи в воде и карбоновых кислотах.

Образование водородных связей играет важную роль как в химических, так и в биологических системах. Существование водородных связей в воде чрезвычайно важно для биологических процессов, так как свойства воды (температура кипения и кристаллизации) в значительной мере определяются наличием системы связей О—Н., . О—Н. Благодаря водородным связям вода имеет температуру кипения гораздо выше, чем [c.76]

И, наконец, еще один класс сред, в которых пространственная дисперсия может играть значительную роль, — это ассоциированные жидкости, к которым, как известно, относится и вода. Хотя молекулы воды быстро и часто меняют своих партнеров по водородным связям , в каждый момент времени любая молекула воды связана с большим числом ближних и не очень ближних молекул [434]. Очевидно, что ориентация электрического диполя молекулы воды будет зависеть не только от значения электрического поля в этой точке, но также и от ориентации связанных с ней молекул воды. Так как ориентация последних, в свою очередь, зависит от напряженности электрического поля в тех точках пространства среды, где они располагаются, то теперь радиус спадения ядра К г, г ) существенно превосходит атомно-молекулярные размеры и определяется характерной длиной цепочки водородных связей в воде ( o 0,5-f-l нм) [433]. [c.154]

За счет более сильного электростатического взаимодействия водородная связь между ионом гидроксония и ближайшей к нему молекулой воды является более прочной, чем остальные водородные связи в воде. Поэтому при достаточно больших колебаниях атомов молекул воды создаются условия для того, чтобы водородная связь преобразовалась в ковалентную, а соседняя ковалентная — в [c.235]

Направленность водородной связи — важнейшее свойство. Оно обусловливает определенную взаимную координацию связываемых частиц и, следовательно, облегчает образование структуры. Процессы таяния льда и испарения сопровождаются разрывом водородных связей, и только в паре они полностью исчезают. Именно водородные связи в воде обусловливают и большее (- 30) значение ее энтропии испарения. [c.244]

Образование водородных связей играет важную роль как в химических, так и в биологических системах. Существование водородных связей в воде чрезвычайно важно для биологических процессов, так как свойства воды (температура кипения и кристаллизации) в значительной мере определяются наличием системы связей О — Н...О — Н, Благодаря водородным связям вода имеет температуру кипения гораздо выше, чем следовало бы ожидать по ее молекулярной массе, а температура плавления воды почти на 200° С превышает ожидаемую на основании ее молекулярной массы. [c.86]

Межмолекулярные водородные связи в воде объясняют аномалию в температурах кипения гидридов элементов 6-й группы (Н2О, Н З. НзЗе, НзТе). От НгТе к НзЗ температура кипения понижается и только у Н2О она резко повышена благодаря ассоциации ее молекул через Н-связи. Аналогичную аномалию проявляет ННз в пятой и Нр в седьмой группе. Метан такой аномалии не проявляет. Водородная связь обра-.зуется, как правило, у гидридов сильно электроотрицательных элементов фтора, кислорода и азота. Углеводороды ряда метана С Н2 +2 не способны к участию в Н-связях, но когда в производных этого ряда [c.273]

Энергия водородной связи в воде, спиртах и ряде других веществ возрастает на величину до 400 Дж/моль при замене водорода в связи X—Н... на дейтерий. Этот интересный эффект детально исследовал И. Б. Рабинович [5]. [c.63]

РЕФРАКЦИЯ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ В ВОДЕ И СПИРТАХ [c.197]

Существование водородных связей в воде чрезвычайно благоприятно для жизни на Земле. В водных системах каждый атом водорода ковалентно связан в молекуле воды с одним атомом кислорода (находясь от него на расстоянии 1,1 А) и вместе с тем достаточно сильно связан с атомом кислорода соседней молекулы (расстояние между их ядрами в кристалле льда равно 1,бА). Свойства воды в значительной мере определяются наличием в ней системы связей О—Н О. [c.143]

Жидкая вода при Т—0 °С плотнее, чем лед I приблизительно на 10%. Это свидетельствует о том, что структурный беспорядок в жидкой воде обладает своими преимуществами в смысле упаковки молекул. Каждая молекула воды -в воде, как и во льдах, имеет четырех соседей, и межмолекулярное взаимодействие в воде определяется водородными связями. Отсюда следует, что водородные связи в жидкой воде обладают особенностями, допускающими более плотную упаковку молекул, чем во льду. Чтобы понять, в чем эти особенности, рассмотрим сначала те экспериментальные факты, которые характеризуют энергетику водородных связей в воде. К ним относятся данные о длине водородной связи 0—0, о длине О—Н-связи, частотах 0—0 и ОН-колебаний, а также данные относительно межмолекулярных колебаний и об амплитудах колебаний отдельных атомов молекулы Н2О в воде. После этого рассмотрим явления переноса, которые наиболее ярко характеризуют жидкое состояние. [c.104]

Вторая гипотеза состоит в том, что характер водородных связей изменяется при плавлении. Водородные связи в воде изогнуты, в то время как во льду I они линейны (Попл, 1951 Зацепина, 1970). [c.105]

В полиморфных формах льдов VI = 3470 см и валентные частоты колебаний ОН групп во льдах под давлением имеют близкое значение валентным частотам колебаний ОН групп в воде. Это еще раз указывает на близость свойств водородных связей в воде и во льдах под давлением. [c.108]

Таким образом, из рассмотренных структурных и спектральных данных следует, что вода не представляет собой смеси льда и пара, а характеризуется широким распределением длин 0—0 связей, которое не противоречит представлению о динамически деформирующихся водородных связях в воде. [c.110]

Представляют интерес исследования спектров комбинационного рассеяния света воды и растворов солей в ней, которые позволили по температурной зависимости интенсивности полосы межмолекулярного трансляционного колебания 150—175 см- - оценить энергию водородной связи в воде. Значение ее оказалось равным 5,6 ккал/моль [80]. [c.16]

Попытки определения энергии водородной связи в воде были предприняты давно и небезуспешно. Однако значения, полученные различными авторами, не совпадали между собой, хотя и имели один и тот же порядок. Они находятся в интервале от 1,3 до 8,1 ккал моль [6, 52, 85, 87, 103, ИЗ—115]. Расхождение возникает,очевидно, потому, что авторы исходят из различных представлений понятия водородной связи, структурной модели воды, состояния воды, при котором производится расчет. В настоящее время наиболее достоверным, приемлемым и часто используемым значением является 4,5—5,0 ккал моль [15, 84, 116]. [c.20]

Такое соотношение объемов свободного пространства в молекулярных упаковках мочевины и воды, вероятно, соответствует усилению (в указанной последовательности) межмолекулярного парного взаимодействия. Если энергию водородной связи в воде принять равной 15,5 кДж моль [32], то энергия Н-связи мочевина-мочевина в кристалле не должна превышать 15 кДж моль . [c.121]

КР) и измерения вязкости показывают, что число водородных связей в воде при 20 °С составляет приблизительно половину по сравнению с числом водородных связей у льда. Представление о том, что больщое число водородных связей разрущается при плавлении льда или нагревании воды, в общем неприемлемо, и оно является маловероятным, если допустить, что величина энергии водородной связи равна (согласно Полингу) 19 кДж/ /моль. Существуют также другие гипотезы, например, о том, что водородные связи изгибаются, а не разрущаются, либо что разрушаются более слабые водородные связи. Прежде чем описывать существующие в настоящее время структурные модели воды, уместно упомянуть о двух других ее свойствах, а именно об аномальных подвижностях ионов Н+ и 0Н и о диэлектрической проницаемости, которая в области низких частот практически совпадает для воды и льда. [c.388]

Действительно, спектры ЯМР высокого разрешения протонов воды в дисперсиях а- и Ь -монтмориллонита [103] характеризуются сдвигом резонансного сигнала в сторону более сильного поля. Это указывает на то, что под влиянием поверхности часть водородных связей в воде граничных слоев толщиной й 7,5 нм (межчастичное расстояние —15 нм) разрушается. Приведенные результаты нашли независимое подтверждение при изучении ИК-спектров водных дисперсий Ыа-монт-мориллонитрила 20—110%-й влажности в области составной полосы (5200—4900 см ) деформационного и валентного асимметричного колебаний связей ОН (г-2 + з) [Ш]- В цитируемой работе было показано, что вклад высокочастотной составляющей 5200 СМ , относящейся к слабосвязанным молекулам воды, в интегральную интенсивность сложной полосы для дисперсий выше, чем для жидкой воды. ИК-спектры полимолекулярных адсорбционных слоев на поверхности кварца в области валентных ОН-колебаний [112] также обнаруживают увеличение поглощения при 3600 см , характерного для слабо нагруженных ОН-групп молекул воды, хотя основная полоса 3400 см сдвинута по сравнению с аналогичной полосой в спектре жидкой воды в сторону меньших частот. (Последнее, по-видимому, связано с образованием более прочных водородных связей между поверхностными гидроксильными группами кварца и адсорбированными молекулами воды первого слоя.) Таким образом, приведенные выше данные указывают на то, [c.39]

Значение энергии активации диффузии воды в ТБФ близко к энер-гпп активации вязкого течения ТБФ, насыщенного водой (9,5 ккал/моль). Полученные результаты были объяснены в предположении, что скорость определяющей стадией процесса массопередачи воды через границу раздела фаз является стадия отвода гидратов ТБФ от поверхности. Дальнейшая диффузия воды в объеме фазы ТБФ происходит, по мнению авторов, в результате перескока молекулы воды от одной молекулы ТБФ к другой. При этом протекают последовательные процессы образования и разрыва водородных связей молекулы НаО с фосфорильным кислородом экстрагента. Однако с помощью такого механизма вряд ли можно объяснить столь высокое значение энергии активации диффузии (9,2 0,6 ккал/моль). Действительно, релаксационными методами [127] показано, что энергия активации процесса разрыва водородных связей в воде составляет около 4,0 ккал/моль. Можно предположить, что диффузия молекул воды связана с одновременным разрывом нескольких водородных связей, т. е. с временным нарушением структуры раствора, что и может служить объяснением высокого значения энергии активации. [c.405]

КР) и измерения вязкости показывают, что число водородных связей в воде при 20 °С составляет приблизительно половину по сравнению с числом водородных связей у льда. Представление о том, что большое число водородных связей разрушается при плавлении льда или нагревании воды, в общем неприемлемо, и оно является маловероятным, если допустить, что величина энергии водородной связи равна (согласно Полингу) 19 кДж/ [c.388]

Растворение друг в друге веществ, ассоциированных посредством водородных связей, может привести либо к распаду последних, либо к образованию новых связей. Так, при растворении спирта в воде водородные связи в воде и спирте могут разрушиться. При этом возможно образование новых связей между молекулами воды и спирта [c.129]

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высо1 ая теплоем1сость воды. [c.208]

Рис. 6.1. Водородные связи в воде. оментом (РиС. 6.1.).

Энергия водородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи (150—400 кДж/моль). Она равна примерно 8 кДж/моль у соединений азота и достигает около 40 кДж/моль у соединений фтора. Однако этой энергии достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул, т. е. их объединение в димеры (удвоенные молекулы) или полимеры, которые в ряде с.пучаев существуют не только в жидком состоянии вещества, но сохраняются и при переходе его в пар. Именно ассоциация молекул, затрудняющая отрыв их друг от друга, и служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения таких веществ, как фтороводород, вода, аммиак. Вода, в отсутствие водородных связей, до.лжна была бы кипеть при температуре около -66 °С, а кипит при -ЬЮО °С. Только при кипении происходит разрыв всех водородных связей в воде. [c.157]

Уксусная кислота, как и другие карбоновые кислоты, в органическом растворителе находится в виде двойных молекул или даже в более высокой степени агрегации за счет водородных связей. В воде уксусная кислота диссоциирует незначительно и ее диссоциацией. можно пренебречь. При экстрагировании в бензольной растворе устаиавли заегся равновесие ди мер — мономер, а мокд/ бензо 1Ы1Ым и водным растворами идет обмен только молекулами мономера. В системе уксусиая кислота — бензол — вода отношение равновесных концентраций кислоты в воде сц.о и в бензоле сс,н, снижается с повышением их концентрации и коэффициент распределения рассчитывается по уравиению (Vn.5). [c.84]

К электростатическим связям относят и связи между полярными молекулами. Типичным примером являются водородные связи (водородные мостики), которые встречаются в воде, спиртах, карбоновых кислотах, аминах, амидах и т. д. При этом не-сушие положительный заряд атомы водорода одной молекулы притягиваются к несущим отрицательный заряд атомам кислорода или азота другой молекулы. В качестве примера на рис. 7 показаны водородные связи в воде и карбоновых кислотах. Водородные связи изображают обычно точками. Эти связи могут быть и внутримолекулярными. Они играют важную роль в органической химии и биохимии, оказывая влияние на простран- [c.51]

В терминах концепции водородной связи положительная гидратация, т. е. увеличение среднего времени пребывания молекул воды в положении равновесия, будет соответствовать укреплению водородных связей, отрицательная гидратация — их ослаблению. Ионы Ыа+, a + и 5г + обладают положительной гидратацией, ионы К+, КЬ+, С1 , Вг- и —отрнцателыюй гидратацией. Сумма энергий ближней гидратацпи различных комбинаций ионов может быть как положительной, так и отрицательной и в результате растворение тех или иных солей может как укреплять, так и ослаблять водородные связи в воде. Конкретно соли калия, наиболее часто рассматриваемые в данной книге соединения, дают суммарный отрицательный эффект, поэтому нх растворение в воде должно сопровождаться ломкой водородных связей и, следовательно, поии-жением рефракции. Аналогично, хотя и в меньшей степени, должны понижать рефракцию при растворении в воде соли натрия. [c.207]

Еслн же растворитель избирательно сольватирует кислородный центр фенокснд-иона, открывается возможность для С-алкилировання. Кислородный центр феноксид-ионов иодвергается избирательной сольватации с помощью водородной связи в воде, трифторэтаноле, феноле. В этнх растворнтелях удается осуществить С-алкилировагше феноксид-иона под действием таких мягких алкилирующих агентов, как аллилгалогениды и беизилгалогеииды (Н. Корнблюм, 1963 г.). [c.1746]

Рис. 2-5. Межмолекулярные водородные связи в воде (а) и водородные связи во фра-гиенте гена (б).

Примерно соответствует размеру растворенной молекулы. Свободная энергия образования такой полости довольно велика, поскольку этот процесс сопровождается разрывом большого числа водородных связей. В основном это энтальпийный (АЯ) эффект. 2. Теперь молекулы воды будут стремиться изменить свою ориентацию, приспосабливаясь к присутствию в полости неполярной молекулы. Ясно, что они переориентируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия для вандерваальсовых взаимодействий и образовать максимальное число водородных связей. В результате такой переориентации число водородных связей может даже увеличиться, поскольку водородные связи в воде могут образовываться самым разным образом. Особенно это относится к низким температурам, когда в воде присутствуют в значительном количестве льдоподобные структуры. Во многих случаях ограничение подвижности молекул воды, окружаюш,их гидрофобные группы, т. е. возрастание структурированности воды, оказывается самым важным результатом действия гидрофобных сил. При растворении углеводородов энтальпия образования новых водородных связей почти полностью компенсируется энтальпией образования полости. В результате суммарное изменение энтальпии (АЯ) при переходе неиолярных молекул из инертного растворителя в воду обычно близко к нулю (как правило, это небольшая положительная или отрицательная величина). Вместе с тем уменьшение подвижности молекул воды приводит к значительному уменьшению энтропии, т. е. дает отрицательное значение AS. Поскольку AG = AH—TAS, а член 7 А5 положителен, изменение свободной энергии при переходе гидрофобной молекулы из инертного растворителя в воду также является величиной положительной, т. е. такой переход невыгоден с энергетической точки зрения. Именно этим объясняется плохая растворимость углеводородов в воде. [c.248]

Иными словами, протон может находиться как у своего , так и у чужого кислорода. Водородная связь в воде характеризуется перескоками протонов между двумя эквивалентными минимумами. Нейтронография успешно применялась в исследованиях биополимеров. Что касается диффузного рассеяния пейтронов, растворами биополимеров, то оно дает результаты, существенно дополняющие получаемые при рассеянии рентгеновских лучей. Меняя долю тяжелой воды в водном растворе биологического объекта, можно варьировать суммарную амплитуду рассеяния нейтронов. При. этом выявляется избирательное рйссёяние различных функциональных групп. Удалось, в частности, исследовать природу ком 1лексообра.зования белка и ДНК в хроматине. [c.139]

Рис. 4.12. Межмолекулярные водородные связи (в воде) и внутримолекулярная водороднаи связь (салициловая кислота).

Можно выделить две группы моделей модели двух структур и двух состояний. В первой учитывается кооперативный характер образования водородных связей в воде. К этой группе относится модель мерцающих кластеров или айсберговая модель, предложенная Франком [43], в которой вода рассматривается как идеальная смесь участков льдоподобной структуры с четырежды связанными молекулами воды и участков без водородных связей с более компактным расположением молекул. Основное отличие структуры жидкой воды от льда заключается в разрыве части связей иод действием усиленных тепловых колебаний решетки. При комнатной температуре в воде часть водородных связей разорвана. Однако равномерное распределение разорванных связей по всему объему воды невыгодно из-за кооперативного характера образования водородных связей. Образуются мнкрообласти, содержащие ассоциаты с максимальным числом водородных связей на молекулу, а следовательно, со структурой, близкой к структуре льда, обеспечивающей максимальное число связей, находящихся в равновесии со свободными молекулами воды. Локальные флуктуации энергии приводят к распаду кластеров и образованию новых упорядоченных ассоциатов — кластеров, время жизни которых порядка 10 сек. [c.9]

Вследствие того что Яо значительно больше Ялок, Д ЯЯ регистрации спектров ЯМР высокого разрешения необходимы стабильное во времени и однородное в пространстве магнитное поле и очень чувствительная измерительная аппаратура. Поскольку химические сдвиги сильно зависят от окружения протонов, метод ЯМР позволяет дифференцировать свободную и связанную воду. Спектры ЯМР, зарегистрированные на приборе с рабочей частотой 40 МГц, оказались весьма информативными при изучении механизмов гидратации катионов в водных растворах [8, 168]. Оценка относительной прочности водородной связи в воде и системах вода— ацетон и вода—диметилсульфоксид оказалась возможной на основе анализа химических сдвигов сигналов от гидроксильных протонов воды [42]. Прочность водородных связей в исследованных системах возрастает в следующей последовательности СО...НО, 50...НО, НО...НО. Оказалось, что при увеличении прочности водородных связей резонансные сигналы сдвигаются в слабое поле. [c.465]

Метод ЯМР нашел широкое распространение при исследовании равновесных реакций диссоциации в водных растворах. Чиаротти и Джиулотто [19] обсуждают влияние растворенного кислорода на образование водородных связей в воде. Огга [128] исследовал методом протонного резонанса состояние воды в аммиаке. Уже в присутствии 0,1 млн воды в спектре жидкого аммиака исчезает тонкая структура линий протонного резонанса, обусловленная спин-спиновым взаимодействием. Это происходит, по-видимому, вследствие реакции протонного обмена [c.484]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология