Кристаллические структуры льда и природных газовых гидратов

Молекулярные структуры. Сходство и различие со льдом.

Основное отличие структуры гидрата от структуры гексагонального льда заключается в том, что лёд образуется как чистый компонент, в то время как гидраты не могут образовываться без гостевых молекул соответствующего размера.

Структура ль да. Самая распространенная твёрдая форма воды известна как лёд (гексагональный лёд), с молекулярной структурой как показано на рис. 4.

Во льду каждая водная молекула (показана как кружок) посредством водородных связей (сплошные линии) связана с четырьмя другими молекулами воды фактически с углами, соответствующим углам тетраэдра.

Рис. 4. Базовая кристаллическая структура льда .

Угол тетраэдра , равный , наиболее стабилен, вследствие почти полного отсутствия геометрического искажения. Конфигурация тетраэдра представляет собой наиболее подходящий способ упаковки молекул, позволяющий оптимально разместить (полностью развить) водородные связи.

Во льду, молекулы воды, посредством тетраэдральной конфигурации водородных связей, образуют не лежащие в одной плоскости, “упакованные” шестиугольные кольца, более предпочтительные (энергетически оптимальные), нежели плоские поверхности.

Обычное расстояние между атомами кислорода порядка ; расстояние связанных ковалентно протонов от атомов кислорода порядка , и тогда длина водородной связи составляет оставшиеся . Только один протон лежит на каждой линии, соединяющей, посредством водородной связи, смежные атомы кислорода.

Кристаллическая структура льда, так же как гидрата, представляет собой молекулы воды, связанные посредством водородных связей в твёрдую решётку. Свойства этих структур в значительной степени зависят от наличия решёточных дефектов, а также примесей.

Дата добавления: 2014-12-17