Пентамеры и гексамеры

Например, у абсолютно чистой воды поверхностное натяжение таково, что по ней можно было бы кататься на коньках. Наличие примесей и дефекты резко снижает величину поверхностного натяжения воды.

Эти дефекты включают дефекты Бьерума (ориентационные дефекты) и ионные дефекты, которые сосуществуют с другими дефектами твёрдого состояния (междоузельные и вакансии), и возникают в результате искажений в сети водородных связей (рис. 5).

В своей классической статье Бьерум рассмотрел причины низкотемпературной неупорядоченности в решётке льда. Нормальные электростатические взаимодействия, обуславливающие ориентацию атомов кислорода и протонов необходимы, однако не достаточны, для объяснения общей неупорядоченности. К тому же, как показано на рис. 5, термически возбуждённые молекулы воды вызывают два типа нарушений или дефектов протонов в решётке льда.

Как правило, один протон находится между двумя атомами кислорода (рис. 5a); однако Бьерум D-дефект имеет два протона между атомами кислорода в решётке льда (рис. 5c), в то время как L -дефект вообще не имеет атомов протона между атомами кислорода (рис. 5d). Эти дефекты вызывают вращение соседних молекул воды вокруг атомов кислорода, формируя водородные связи между атомами кислорода, и, таким образом, снимая неблагоприятное энергетическое напряжение в дефектах (рис. 5e).

Дефекты Бьерума играют существенную роль при росте гидрата из паровой фазы.

Реориентации молекул в местах расположения дефектов Бьерум ответственны за диэлектрические свойства льда. Второй тип дефектов (протон перепрыгивает от одной молекулы к соседней) объясняет электрическую проводимость льда, но не может объяснить большую диэлектрическую постоянную льда.

Рис. 5. Бьерум дефекты.

(a) Двумерная с неупорядоченными протонами решётка льда (Бьерум дефекты показаны между молекулами 4–5, в ряду 5). Открытые кружки: атомы кислорода; заштрихованные кружки: атомы водорода.

(b) Ионные ( или ) дефекты возникают из нарушения Бьерум – Фаулера правила: каждый атом кислорода ковалентно связан только с двумя атомами водорода.

(c) Бьерум дефекты нарушают правило 2 (имеется только один атом водорода вдоль каждого участка, который ковалентно связан с одним атомом кислорода и водородным мостом с другим атомом кислорода). Бьерум D-дефекты (или D-нарушения), где участок занят двумя атомами водорода.

(d) Бьерум L-дефекты (или L-нарушения), где отсутствуют атомы водорода на участке.

(e) Перемещение (большая искривлённая стрелка) Бьерум L-дефекта индуцирует реориентацию (в трёх измерениях) одной тетраэдрической молекулы воды (маленькая стрелка).

Состав и структура гидратов.

Все наиболее распространённые и известные гидраты природных газов принадлежат к трём кристаллическим структурам: кубической структуре (), кубической структуре (), либо к гексагональной структуре (), показанные на рис. 6.

В связи с тем, что все три структуры в качестве молекулярной основы содержат порядка 85% воды, многие механические свойства гидратов подобны соответствующим свойствам льда структуры . Среди исключений к этому – возникающие напряжения, тепловое расширение и теплопроводность.

Пятиугольные и шестиугольные грани являются основными в гидратной полости.

Рис. 6. Элемент структуры гидрата:

(a) { },

(b) { },

(c) { }.

Дата добавления: 2014-12-17