Строение молекулы воды. Более важного соединения для жизнедеятельности живых организмов на Земле нет

ЛЕКЦИЯ 3 СВОЙСТВА ВОДЫ

Более важного соединения для жизнедеятельности живых организмов на Земле нет. Вода входит в состав большинства пищевых продуктов и широко используется в ряде технологических процессов. Несмотря на большое количества воды на Земле, пригодной и доступной для использования, является сравнительно небольшое количество пресной воды. В результате жизнедеятельности человечества происходит постепенное ухудшение качества воды. Для устранения этой тенденции Генеральная Ассамблея ООН резолюцией

№ 58 от 09.12.2003 г. провозгласила период с 2005 по 2015 гг. Международным десятилетием действий «Вода для жизни».

В состав молекулы воды входит водород и кислород. Строение молекулы воды определяются соответственно электронным строением атомов кислорода и водорода. Данные элементы имеют следующие электронные формулы: кислород – 1s²2s²2р⁴, водород – 1s¹. Для образования электронных конфигураций ближайших инертных газов кислороду необходимы 2 электрона, а водороду – 1, т.е. валентности данных элементов равны соответственно 2 и 1, поэтому образующееся из них соединение будет иметь состав Н₂О. В исходном атоме кислорода две валентные р-орбитали расположены под углом 90⁰, а в образовавшейся молекуле воды валентный угол составляет 104,5⁰. На рисунке 1 показано строение молекулы воды и в качестве сравнения приведены геометрические модели аммиака и метана.

Рисунок 1– Геометрические модели молекул CH₄, NH₃ и H₂O

Из рисунка 1 видно, что валентный угол в воде 104,5⁰ ближе к тетраэдрическому (109⁰28′), чем к углу 90⁰. Объяснить искажение валентного угла можно только предположив, что происходит sр³-гибридизация орбиталей атома кислорода. Дополнительным подтверждением этому является геометрическая модель молекулы аммиака, у которого только одна свободная орбиталь и валентный угол (107,3⁰) еще в большей степени приближен к тетраэдрическому. Такой же валентный угол, как у аммиака, имеет ион гидроксония Н₃О⁺, у которого также свободна только одна орбиталь. В кристаллическом состоянии валентный угол воды (109⁰28') еще ближе к тетраэдрическому, так как из-за образовавшихся водородных связей свободные орбитали отсутствуют.

Отдельные молекулы воды соединяются друг с другом посредством водородных связей с образованием относительно прочных ассоциатов:

,

которые полностью разрушаются только при переходе из жидкого в газообразное состояние.

Дата добавления: 2014-01-11