Водородные связи являются причиной необычных свойств воды, льда и гидратов

Наряду с притяжением водородных связей имеет место тот факт, что эти сильные связи в значительной степени раздвигают молекулы воды, являясь причиной того, что плотность льда меньше, чем плотность жидкости. Во льду только 34% объёма заполняется молекулами воды, в то время как в жидкой воде - 37% объёма; это объясняет необычное свойство снижения плотности при замораживании, объясняющее тот факт, что лёд плавает.

Будучи нормальным мономолекулярным соединением, вода должна была бы кипеть при +70 ^оС, а замерзать почти при -100 ^оС. В отличие от всех остальных жидкостей, вода при затвердевании уменьшает свой вес. Максимальная плотность воды наблюдается +4 ^оС.

В процессе формирования и разложения гидратов, учитываются только водородные связи между соседними молекулами, так как водородные связи существенно слабее, чем ковалентные связи (последние не проявляются в этих процесса). Силы Ван дер Ваальса присутствуют, но они незначительны по сравнению с водородными связями.

В процессе образования или разложения гидратов химические связи между атомами водорода и кислорода в молекулах воды не нарушаются.

Водородные связи также в значительной степени присутствуют и в жидкой воде.

Водородные связи сдерживают испаряемость жидкой воды, в результате этого температура кипения воды, при окружающем давлении, на 260 K выше, чем метана, соединения с практически таким же молекулярным весом.

Водородные связи являются причиной значительного исключения от имеющегося открытого опытным путём правила, что давление пара вещества обратно пропорционально молекулярному весу.

Многие необычные свойства воды обусловлены водородными связями.

Молекулярный вес парообразной воды равен 18 и отвечает её простейшей формуле. Однако молекулярный вес жидкой воды, определяемый путём изучения её растворов в других растворителях (эбуллиоскопический и криоскопический методы), оказывается более высоким. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т.е. соединение их в более сложные агрегаты.

Эти аномальные свойства включают максимум плотности на зависимости плотности от температуры, увеличение теплоёмкости при снижении температуры, и увеличение коэффициента диффузии при повышении плотности.

Нарушение тетраэдрального порядка (отклонение от тетраэдральной геометрии) с повышением температуры или плотности рассматривается как причина аномальных свойств жидкой воды.

При плавлении льда разрушается лишь часть водородных связей. Расчеты (путём сравнения теплоты сублимации льда с теплотой его плавления) показывают, что только водородных связей разрывается, когда лёд плавится. Поэтому при температурах близких к 0^оС, жидкая вода содержит как остатки структуры льда, так и оторвавшиеся от них отдельные молекулы. Последние могут размещаться в пустотах «ледяных» агрегатов, в результате чего достигается более плотная упаковка молекул. Именно поэтому при плавлении объём воды уменьшается, а её плотность возрастает.

Дата добавления: 2014-12-17