Строение и структура воды

В 30-х годах 20века Д. Бернал и Р. Фаулер, исследуя строение воды, установили, что ее молекула окружена по тетраэдру четырьмя другими. То есть жидкая вода имеет сложное строение, а отдельные молекулы ее связаны дополнительными связями. Это явление и называется структурой воды. Но полного тождества с кристаллической решеткой минералов нет: жидкая вода является смесью мономерных и полимерных молекул; связи между отдельными мономерами динамичны, т.е. они постоянно появляются, разрушаются, усиливаются, ослабевают. Это динамическое равновесие выражается равенством, предложенным Армстронгом Н₂nОn ↔nН₂О.

Структура воды обусловлена главным образом существованием водородных связей, которые имеют электростатическую природу, но они слабее нормальной валентной связи между атомами О и Н. В основе структуры воды лежит диполь Н⁺-ОН^-, который может создавать агрегаты (ассоциаты) из нескольких молекул Н₂О (рис).

Рис. Структура воды

Рис. Ассоциаты молекул (диполей) воды

Существует несколько моделей структуры воды. Д. Бернал и Р. Фаулер предположили существование трех типов расположения молекул

а) структуры кристаллической решетки льда (О⁰С - 4⁰С)

б) структуры типа кварца (4-200⁰С)

в) структуры с плотной упаковкой, почти лишенные водородных связей (>200⁰С).

На основании квантово-механических представлений итальянский ученый М. Аджено считает, что каждая молекула Н₂О может участвовать не более чем в двух коллективных связях, образующих звенья различных типов (цепочки, кольца, и др.). Кольца из 6-ти молекул приближаются к структуре льда.

С позиций структурного строения воды объясняются и ее аномальные свойства. Поскольку структура воды формируется электростатическими связями, на нее воздействуют различные поля (температурное, геодинамическое, магнитное, электрическое), с повышением температуры структура воды начинает разрушаться и при критической точке 374⁰С (абсолютно чистая вода) полностью разрушается. Повышение давления приводит не к увеличению вязкости, как у других жидкостей, а к уменьшению и только при ~100МПа вязкость повышается.

Воздействие электрического поля приводит к увеличению скорости испарения (на 11-18%).

Положительно влияет на организм человека «намагниченная» вода, а также в магнитном поле уменьшается накипеобразование, увеличивается всхожесть семян многих сельскохозяйственных культур при замачивании их «магнитной» водой.

В 60-х годах Н.Н. Федякиным открыта вода -2. Образуется она при конденсировании паров воды в тонких кварцевых капиллярах диаметром 5-20μ. Ее свойства изучались многими отечественными и зарубежными учеными. Оказалось, что это вязкая жидкость с плотностью около 1 г/см³ и показателем преломления 1,49 (против 1,33).

Замерзает при – 35 - – 40⁰С без скачка объема, Т⁰_кип. ~ 250⁰С.

Модификационное состояние полученного вещества устойчиво и сохраняется при перегонке. Вода – 2 строго отвечает формуле Н₂О. Кварц капилляров видимо выполняет роль катализатора при синтезе воды – 2.

Дата добавления: 2014-01-07