Как изглеждат ледените молекули. Кристален решетъчен лед и вода
Кандидат технически науки V. Belyanin, водещ изследовател, институт RNC Kurchatov, E. Romanova, Madi Student (GTU).
Съотношенията на златните изследователи са открити в морфологичната структура на растенията, птиците, животните, човека. Моделите на златните пропорции се намират в организацията на неодушенията. В тази статия, въз основа на анализа на водната молекула в различни съвкупни състояния, е изразена хипотеза, че структурата му в състояние на стопилка на практика съответства на златна пропорция триъгълник.
Наука и живот // Илюстрация
Топлинният капацитет на водата достига минималната стойност при температура от около 37 относноОт.
Наука и живот // Илюстрация
Аз ще. 1. Плътността на водата с намаление на температурата първо се увеличава, достига максимум при 4 относноВ и започва да намалява.
Наука и живот // Илюстрация
По време на топенето обемът на оловото незабавно се увеличава от 1 до 1.003, а обема на водата с скок намалява от 1.1 до 1.0.
Наука и живот // Илюстрация
Водата има необичайно високи температури на кипене и замръзване в сравнение с други титните водородни съединения.
Наука и живот // Илюстрация
В молекули течни води Н 2O може да се комбинира в сложни образувания - клъстери, като структура, наподобяваща лед.
Наука и живот // Илюстрация
Скичка с водна молекула в равнина.
Сегмент на решения в екстремни и средни отношения или злато. Сегментът е разделен на две части, така че cb: AC \u003d AC: ab.
"Златен триъгълник". Съотношението на своите страни OA: AB \u003d OB: AB ≈ 0,618,
Наука и живот // Илюстрация
Наука и живот // Илюстрация
Наука и живот // Илюстрация
Маса 1.
Таблица 2.
Водата беше дадена магическата сила да стане сок от живота на земята.
Леонардо да Винчи
Водата е една от най-уникалните и загадъчни вещества на земята. Природата на това вещество все още не е разбрана. Външно водата изглежда доста проста, във връзка с която за дълго време се счита за неделим елемент. Само през 1766 г. Г. Кавенански (Англия) и след това през 1783 г. А. Лавуизиер (Франция) показва, че водата не е прост химически елемент, а съединение от водород и кислород в определена пропорция. След това отварянето на химичния елемент, посочено като N, се нарича "водород" (водород - от гръцки. Hydro Genes), които могат да бъдат интерпретирани като "генериране на вода".
Допълнителни проучвания показват това химична формула H 2 O крие вещество с уникална структура и не по-малко уникални свойства. Изследователи, които се опитаха да разкрият тайните на водата в продължение на две сто векове, често посещават задънена улица. Да, а сега учените разбират, че водата остава труден обект за изследване, неговите свойства все още не винаги до края са проектирани.
Мистериозна магия на водата. Защо течната вода има необичайни свойства? Традиционният отговор може да бъде както следва: поради свойствата на кислородните и водородните атоми, поради тяхното структурно място в молекулата, поради определено поведение на електроните в молекула и други подобни.
И така, какви са мистериозните, необичайни свойства на обичайната течна вода? На първо място, във факта, че почти всички свойства на водата са аномални, и много от тях не се подчиняват на логиката на тези закони на физиката, които контролират други вещества. Накратко споменаваме тези от тях, които причиняват съществуването на живот на земята.
Първоначално около трите характеристики на термичните свойства на водата.
Първата характеристика: водата е единственото вещество на земята (с изключение на живак), за която пристрастяване специфична топлина Температурата има минимум.
Поради факта, че специфичната топлинна мощност на водата има най-малко около 37 ° С, нормалната температура на човешкото тяло, състояща се от две трети от водата, е в обхвата на температури 36-38 ° С ( вътрешни органи имат по-висока температура от външната).
Втора характеристика: капацитетът на водата е необичайно висок. За да се загрее броят му от една степен, е необходимо да се харчи повече енергия, отколкото при нагряване на други течности, поне два пъти по отношение на прости вещества. От това тече уникалната вода способност да се стопли. Преобладаващото мнозинство от други вещества не притежават такъв имот. Тази изключителна характеристика на природата допринася за факта, че човек има нормална телесна температура на същото ниво и горещ следобед, и хладна нощ.
По този начин, водата играе доминираща роля в процеса на регулиране на човешкия топлообмен и му позволява да поддържа удобно състояние на минимум разходи за енергия. При нормална телесна температура човек е в най-благоприятната енергия.
Температурата на други топлокръвни бозайници (32-39 ° С) също е добре свързана с температура от минимум на специфичната нагряване на водата.
Третата характеристика: водата има висока специфична топлина на топене, т.е. водата е много трудна за замръзване, а ледът се стопява. Благодарение на това климатът на Земята обикновено е достатъчно стабилен и мек.
И трите характеристики на термичните свойства на водата позволяват на човек да съществува по оптимален начин в благоприятна среда.
Има особености и поведение на водния обем. Плътността на повечето вещества - течности, кристали и газове - по време на отопление намалява и се увеличава по време на охлаждането, до процеса на кристализация или кондензацията. Плътността на водата по време на охлаждане от 100 до 4 ° С (по-точно до 3.98 ° С) се увеличава, както при огромното мнозинство от течности. Въпреки това, достигане до максималната стойност при температура 4 ° С, плътността с допълнително охлаждане на водата започва да намалява. С други думи, максималната плътност на водата се наблюдава при температура 4 ° С (една от уникалните водни аномалии), а не при температура на замръзване от 0 ° С.
Замразяването на водата е придружено от скок-скок (!) Намалена плътност с повече от 8%, докато в повечето други вещества процесът на кристализация е придружен от увеличаване на плътността. В това отношение лечението (твърда вода) отнема по-голям обем от течната вода и продължава върху повърхността му.
Така че необичайното поведение на плътността на водата е изключително важно за поддържането на живота на земята.
Покриването на водата отгоре, ледът играе в природата ролята на един вид плаващо одеяло, защитавайки реките и резервоарите от по-нататъшно замразяване и запазване на живота на подводния свят. Ако плътността на водата се увеличи по време на замръзване, ледът би бил по-тежък от водата и започна да потъва, което би довело до смъртта на всички живи същества в реките, езерата и океаните, които биха замръзнали изцяло, превръщайки се в блоковете на лед и земята се превърна в ледената пустиня, която е неизбежна, че ще доведе до смъртта на цялото живо.
Отбелязваме още няколко характеристики на водата.
Външно водата е подвижна и гориво и може да бъде сключена във всеки съд. Въпреки това, проникване на скалите на скалите и разширяване по време на замръзване, водата разделя скалите на всякаква твърдост, която постепенно попада във всички по-малки частици. Така започва връщането на вкаменени породи в жизнения цикъл: в полето, замръзването на повърхностните слоеве със своите органични компоненти помага за образуването на плодородна почва.
Процесът на включване на твърди вещества в голям цикъл на дивата природа се ускорява от прекрасния имот от тях. Водата с разтворени компоненти на твърдите вещества става енергийна среда и доставчик на микроелементи, необходими за живота на растенията, животните и хората.
Водата е по-силна от другите течности, проявяват свойствата на универсален разтворител. Ако дава достатъчно време, тя може да разтвори почти всяко твърдо вещество. Именно поради уникалната способност за разтваряне на вода към всеки все още не успя да получи химически чиста вода - тя винаги съдържа разтворен съдов материал. Водата е абсолютно необходима за всички ключови системи на човешката живосозна подкрепа. Тя се съдържа в човешка кръв (79%) и допринася за прехвърлянето на кръвоносната система в разтворено състояние на хиляди, необходими за живота на веществата. Водата се съдържа в лимфата (96%), която ще разпространява хранителни вещества от червата по тъканите на живия организъм (вж. Таблица 1).
Изброените имоти и специалната роля на водата в осигуряването на живот на Земята не могат да оставят интензивен ум безразличен, дори ако той вярва в щастлив шанс. "Началото на всичко е вода", - доста отбеляза Фалез от Милета през VI в. Пр. Хр.
Течно чудо. Спираме трансфера на странни, но жизнените свойства на водата, които могат да бъдат наети от дузина, и ние обръщаме внимание на тайните на необичайната структура на неговата молекула. Това е анализът на структурата на водната молекула, която дава възможност да се разбере нейното изключение в жив и неодушевен характер. Така че пътят към истината преминава през структурата на една молекула за вода.
Първо, отбелязваме, че водната молекула е най-малка сред подобни тричатни молекули (по отношение на хомолозите, т.е. водородните съединения от тип Н2S, Н2С, Н2, с свойствата, които традиционно сравняват свойствата от вода). Такива молекули при нормални условия образуват газове и водни молекули - течност. Защо?
Хаотична общност от газообразни водни молекули по време на кондензацията, т.е. когато течната фаза се образува, течното вещество образува невероятна сложност. На първо място, това се дължи на факта, че водните молекули имат уникален имот да се комбинират в клъстери (групи) (H 2O) х.. Под клъстера обикновено разбират групата на атомите или молекулите, обединени чрез физическо взаимодействие в един ансамбъл, но индивидуалното поведение, което се запазва вътре в нея. Възможностите за пряко наблюдение на клъстерите са ограничени и следователно експериментаторите компенсират инструменталните недостатъци на интуицията и теоретичните конструкции.
За стайна температура Степен на асоциация Х. За вода, според съвременни данни, от 3 до 6. Това означава, че формулата за вода не е просто Н20, и средната стойност между Н6Оз и Н 12Н6. С други думи, водата е сложна течност, "съставена от" от повтарящи се групи, съдържащи от три до шест единични молекули. В резултат на това водата има аномални стойности на замръзване и температурата на кипене в сравнение с хомолозите. Ако водата е подчинена на общите правила, трябваше да се замръзне при температура от -100 около С и изкрещя при температура от около +10 ° С.
Ако водата по време на изпаряване остава под формата на Н6О3, Н204 или Н 12С6, тогава водните пари ще бъдат много по-тежки от въздуха, в който доминират азотните и кислородните молекули. В този случай повърхността на цялата земя ще бъде покрита от вечния слой на мъгла. Почти невъзможно е да си представим живота на такава планета.
Хората са много щастливи: водните клъстери по време на изпарението се разпадат и водата се превръща в почти прост газ с химична формула Н20 (открит в. \\ T напоследък В чифт, малък брой димери H 4 O 2 времето не). Плътността на газообразната вода е по-малка от плътността на въздуха и следователно водата е способна да се насища с молекулите на земната атмосфера, създавайки удобни метеорологични условия за хората.
На Земята няма други вещества, надарени със способността да бъдат течни при температури на човешкото съществуване и в същото време да се образуват газ не само по-лесно от въздуха, но и да се върнат на повърхността си под формата на валежи.
Вкусна геометрия. И така, какво е най-малката сред молекулите на Trochaty? Водната молекула има симетрична V-образна форма, тъй като два малки водородни атома са разположени от едната страна на относително голям кислороден атом. Това значително отличава водната молекула от линейни молекули, например Н2, в която всички атоми са разположени във верига. Това е странното подреждане на атомите във водната молекула и му позволява да има много необичайни свойства.
Ако внимателно разгледате геометричните параметри на водната молекула, в нея се открива определена хармония. За да го видите, ще изградим еднакво председателстващ триъгълник на N-ON с протони в основата и кислород в горната част. Такъв триъгълник схематично копира структурата на водната молекула, чиято проекция е условно изобразена в равнината.
Дължините на страните на този триъгълник и ъгъла на валентност между двете връзки на O-H промяната, когато съвкупното състояние на водата се променя. Даваме тези параметри (вж. Таблица 2).
Ние коментираме данните, характеризиращи различни водни състояния.
Параметрите на водната молекула в състоянието на парите се получават въз основа на обработката на абсорбционния спектри. Резултатите са многократно посочени, но по същество правилно оценяват дължините на връзките и ъгъла на валентност във водната молекула в състояние на пара.
Кристална структура на лед, когато нормално налягане Доста хлабав с странни паяжини между водните молекули. Схематична кристална решетка на конвенционалния лед може да бъде конструиран от кислородни атоми, всеки от които е включен в съседни атоми в четири водородни връзки, насочени приблизително към върховете на правилния тетраедър.
Спомнете си, че водородът се нарича връзката между атомите в една молекула или между съседни молекули, която се извършва през водороден атом. Водородните облигации играят изключително важна роля в структурата на не само водата, но и по-голямата част от биологичните молекули - въглехидрати, протеини, нуклеинови киселини и др.
Ако кристалният лед е добре подреден от кислород, не може да се каже за водород: силно разстройство се наблюдава при местоположението на йони на водород (протони). Тяхната позиция не е ясно дефинирана и следователно ледът може да се счита за раздробен от водород.
Ледът има много невероятни функции, от които отбелязваме две.
Първо, винаги е много чист химически. В структурата на лед има практически никакви примеси: по време на замръзване те са изместени в течността. Ето защо снежинките винаги са бели, а ледът на повърхността на мръсните локви е практически прозрачен. Като цяло, всеки кристал се стреми да създаде идеална кристална решетка и измества чужди вещества. Но на планетарен мащаб, това е чудесният феномен на замръзване и топене на водата играе ролята на гигантски процес на пречистване - водата на земята постоянно се почиства.
Второ, ледът и особено снегът имат много висока отражателност. Поради това слънчевата радиация не предизвиква забележимо отопление на полярни региони и в резултат на това нашата планета се доставя от сезонни наводнения и увеличаване на световния океан.
Експерименталното определяне на параметрите на една водна молекула в течната фаза все още отговаря на неустоими трудности, тъй като течната вода е смес от структурни елементи, т.е. различни клъстери, разположени в динамично равновесие. Все още няма пълна яснота по отношение на техните взаимодействия и е невъзможно да се раздели такава смес към отделни компоненти: "проста" течност H 2 o не бърза да разкрие вътрешните си тайни.
Връщане към чертежа, на който общи функции Представена е структурата на водната молекула. Той има симетрия, която играе важна роля в опитите за цялостно обяснение на физическия свят и асиметрия, която дава тази молекула възможността за движение и връзка със златна пропорция. Затова накратко ви напомните, че по математика се наричат \u200b\u200bзлатна пропорция.
Златна пропорция . Тази концепция възниква при решаването на геометричен проблем за намирането на сегмент AU. такава точка ОтЗа да се извърши от съотношението Св.:Ac. = Ac.:AU..
Решението на тази задача води до Св.:Ac. \u003d (-1 + √5) / 2, което се нарича златна пропорция и съответното геометрично разделение на сегмента AU. Точка От Обадете се на златно напречно сечение. Ако вземете целия сегмент на единица, тогава Ac.\u003d 0,618033 ... и Св. = 0,381966....
Времето показва, че златното съотношение въплъщава перфектните и хармонични отношения на две стойности. В геометричната интерпретация тя води до съизмерима и привлекателна връзка между два неравни сегмента.
Изследователите в златото от древни времена до днес винаги са се възхищавали и продължават да се възхищават на неговите свойства, които се проявяват в структурата на различни елементи на физическия и биологичния свят. Златното съотношение се намира навсякъде, където се наблюдават принципите на хармонията.
Какво обединява златото на водната молекула? За да отговорите на този въпрос, помислете за двуизмерен образ на златно съотношение под формата на триъгълник.
В отношението на златния триъгълник Ооа.: AV \u003d ОВ.:AU. Приблизително равна на 0.618, ъгъл α \u003d 108.0 o. За лед дължината на съотношението o-N връзки K N-N е 0.100: 0.163 \u003d 0.613 и ъгъл α \u003d 109.5 o, съответно за пара - съответно 0.631 и 104.5 o. Не разпознайте в златния триъгълник, прототипът на структурата на водната молекула е просто невъзможен! Изненадващо е, че досега толкова малко плати за възможността за такова тълкуване на нейната структура.
И наистина, поставяйки в триъгълник Ах. в точка НО и В Водородни атоми и към кислородния атом получаваме при първото приближение на течната водна молекула, проектирана въз основа на златото. Такава елегантност на молекулите еншантите и възхищаванията. Така че ролята на водната молекула в природата и живота не може да бъде оценена правилно, без да се вземат предвид нейната красота.
Изключителна хармония. Ние се уверяваме, че молекулата на течната вода е единствената опит, която има пропорционалност, характерна за златното съотношение.
В трохатомични хомоложни молекули близо до химичен състав Към молекулата на водата (Н2S, Н2С и Н2, ъгълът на валентност е приблизително 90 o. Например, H2S молекулата има следните геометрични параметри:
дължина на комуникация S-H, nm ......................... 0,1345
дължина комуникация NN., nm ........................... 0,1938
valence angle n-s-n, градушка .............. 92.2
Дължина на отношението s-N връзки K N-n се равнява на 0.694, което е далеч от златното съотношение. Квантово-химичните изчисления показват, че ако водата е подобна на веществата, свързани с нея, ъгълът на валентност на неговата молекула трябва да е приблизително същия като Н2S или по-голям максимум на 5 ° С.
Но водата, както се оказва, не обича сходството, тя винаги е герой на друг роман. Ако валентният ъгъл на водата е около 90-95 о, златното съотношение трябва да бъде забравено и водата ще бъде в една общност с други водородни съединения.
Но водата е уникална, нейната молекула е почти превърнала естетически качества и следователно нейните свойства понякога трябва да се тълкуват, надхвърляйки рамката на традиционната научна парадигма. И тогава някои загадки на водата ще могат да бъдат обяснени с такава "ненаучна" концепция като хармония.
Горните аргументи могат да се спорят: експерименталните измервания на геометричните параметри на водната молекула имат определена грешка и следователно съотношението на златото не може да се извърши строго. Но дори и да има все още по-голяма грешка в експерименталните измервания, водната молекула все още ще остане единствената кръвна субстанция, която практически "златни" хармонични пропорции.
В това отношение ще обърнем внимание на мистерията на топенето на водата, която, в широко разпространение, има различно физиологично въздействие върху общата вода.
Невероятни приказки вода. Роден е при топене на лед и запазва температурата от 0 ° да, докато всички ледени се топи. Специфичността на междумолекулните взаимодействия, характеристика на структурата на лед, се поддържа в размразена вода, тъй като само 15% от всички водородни връзки се унищожават при топене на кристала. Ето защо, присъщо на лед, връзката на всяка водна молекула с четири съседна ("почти поръчка") до голяма степен не е нарушена, въпреки че се наблюдава от бустера на кислородната решетка.
По този начин, топенето на вода се различава от конвенционалното изобилие от мултимолекулни клъстери, в които за известно време се запазват хлабавите подобни на лед структури. След топенето на целия лед, температурата на водата се увеличава и водородните връзки вътре в клъстерите престават да издържат на нарастващите топлинни колебания на атомите. Размерът на клъстерите варира и следователно свойствата на топене на вода започват да се променят: диелектричната константа идва в равновесно състояние след 15-20 минути, вискозитет - след 3-6 дни. Биологичната активност на стопилката пада, според една информация, приблизително 12-16 часа, в други - на ден.
Така че физико-химичните свойства на стопилката спонтанно се променят с времето, приближавайки се към свойствата на обикновената вода: постепенно, както беше, "забравя", че дори наскоро е лед.
Лед и пара са различни съвкупни състояния на вода и затова е логично да се предположи, че в течната междинна фаза ъгълът на валентност на отделна водна молекула се намира в обхвата между стойностите в твърдата фаза и двойката. В ледения кристал, валежият ъгъл на водната молекула е близо до 109.5 °. При топене на лед, интермолекулни водородни връзки отслабват, разстояние NN. Свързано намалява, ъгълът на валентност намалява. Когато течната вода се нагрява, клъстерната структура се разстройва и този ъгъл продължава да намалява. В състояние на пара, ъгълът на валентност на водната молекула е вече 104.5 о.
Така за конвенционалната течна вода ъгълът на валентност може да има някаква средна стойност между 109.5 и 104.5 o, т.е. около 107.0 о. Но тъй като топенето на вода в неговата вътрешна структура е близо до лед, тогава ъгълът на валентност на неговата молекула трябва да бъде по-близо до 109.5 o, най-вероятно около 108.0 о.
Горното може да бъде формулирано под формата на хипотеза: поради факта, че топенето на водата е много по-структурирана от обикновена водаНейната молекула с голяма вероятност има структура, която е възможно най-близо до хармоничния триъгълник на златното съотношение с ъгъл на валентност близо до 108 o, и с съотношението на връзките от приблизително 0.618-0,619.
Няма експериментално потвърждение на тази хипотеза, тъй като няма друга теория на нейната обосновка. На тези страници има само предположение, което може естествено да оспорва.
Тайнствен. Човек от незапомнени времена е известен с невероятните свойства на топенето на вода. Отдавна е забелязано, че близо до топещите пружини растителността на алпийските ливади е винаги по-великолепна, а на ръба на топещия лед в арктическите морета, животът е бързо цветя. Поливането с размразена вода увеличава добива на културите, ускорява кълняемостта на семената. Когато яде стопете вода, повдиганията в животновъдството непрекъснато се увеличават, развитието на пилетата се ускорява. Известно е с това, което алчността пие през пролетта на топене на вода, а птиците буквално се къпят в първите локви на понижения сняг.
Топена вода, за разлика от обичайното, в нейната структура е много подобна на течността, съдържаща се в клетките на растителни и живи организми. Ето защо "лед" структурата на топене на вода е по-подходяща за човек, в който молекулите се комбинират в клъстери с отвори. Това е уникален имот на стопилка вода допринася за нейната белодробна абсорбция от тялото, тя е биологично активна. Ето защо са полезни зеленчуци и плодове - те се доставят на водата с подобна структура.
При пиене на топене на вода, организмът е снабден с най-хармоничното на всички вещества на земята. Той подобрява метаболизма и подобрява кръвообращението, намалява количеството на холестерола в кръвта и успокоява болката в сърцето, увеличава адаптивните възможности на тялото и допринася за разширяването на живота. Поливи на най-чистите тонове на стопилката по-добре пастьоризирания сок, той има такса за енергия, бодрост и лекота.
Един от авторите на тази работа непрекъснато пиене на Thawa с плаващи ледени плавни и вярва, че затова в продължение на три години тя никога не е настила. Талайската вода освежава и поддържа кожата, която спира да се нуждаят от кремове и лосиони.
Теоретичното изследване на свойствата на стопилката е все още на нивото на хипотези. Не съществува общоприето мнение по причините, които причиняват необичайни ефекти в неговото прилагане. Има някои проблеми с доказателствената страна на биологичната активност на топене на вода. Проучванията в тази посока са понякога горещи дискусии. Сложността на проблема, липсата на яснота - всичко това не трябва да се изплаши, а да привлича и насърчава появата на нови идеи, хипотези, теории. Такъв е често трънният път на развитие на науката.
Подчертаваме: дадената хипотеза не твърди, че дешифрират загадките на топене на вода. Тя ви позволява само да отидете отвъд рамката на традиционното мислене и да погледнете взаимната любов към живота и водата от необичайна страна - от страната на хармонията и красотата, от страна на специалните свойства на стопилката, добавяйки елегантната му молекула, които други молекули нямат.
Литература
Auerbach F. Седем водни аномалии. - Санкт Петербург., 1919.
GABUD S. P. Свързана вода. Факти и хипотеза. - Новосибирск: Науката, 1982.
Zatsepina G. N. Физични свойства и водна структура. - м.: Московски държавен университет, 1998.
Синюков v.v. Водата е известна и неизвестна. - m.: Знание, 1987.
Belyanin V. S., Romanova Е. Златна пропорция. Нов изглед // Наука и живот, 2003, № 6.
Вода: структура, състояние, солвация. Постижения последните години. - м.: Наука, 2003.
Подписи за илюстрации
Аз ще. 1. Плътността на лед е почти 10% по-малка от тази на водата, а специфичният обем е толкова повече. Ето защо ледените плувки и водата, замръзване в пукнатините на скалите, ги разделя.
Свойства на водата
Защо водата е вода?
Сред необлагодетелния набор от вещества, водата с нейните физикохимични свойства заемат напълно специално, изключително място. И трябва да се разбира буквално.
Почти всички физико-химични свойства на водата - изключение в природата. Тя наистина е най-удивителното вещество в света. Водата е изненадваща не само от разнообразието от изотопични форми на молекулата, а не само надеждите, които са свързани с нея, както при неизчерпаем източник на енергия на бъдещето. Освен това е невероятно и най-обикновените му имоти.
Как се изгражда водната молекула?
Тъй като една водна молекула е изградена, сега е известна много точно. Тя е построена по този начин.
Взаимното местоположение на ядрата на водород и кислородни атоми и кислород и разстоянието между тях са добре проучени. Оказа се, че водната молекула е нелинейна. Заедно с електронните черупки на атомите, водната молекула, ако погледнете "страна" върху нея, би било възможно да се изобрази така:
i.e., геометрично взаимосвързани заряди в молекулата могат да бъдат изобразени като прост тетраедър. Всички водни молекули с всяка изотопен състав са напълно еднакво изградени.
Колко водни молекули в океана?
Един. И този отговор не е точно шега. Разбира се, всеки може, гледайки директорията и да научи колко в световния океан на водата е лесно да се броят колко съдържа H2O молекули. Но този отговор няма да бъде доста верен. Вода - специално вещество. Поради особената структура индивидуалните молекули взаимодействат помежду си. Има специален химически комуникации Поради факта, че всеки от водородните атоми на една молекула издърпва електроните на кислородните атоми в съседните молекули. Благодарение на такава водородна връзка, всяка водна молекула се оказва доста свързана с четири други съседни молекули, точно както е показано на диаграмата. Вярно е, че тази схема е опростена - тя е плоска, в противен случай не можете да изобразявате фигурата. Представете си малко по-лоялна картина. За да направите това, е необходимо да се вземе предвид, че равнината, в която се намира водородните връзки (те са обозначени с пунктираната линия), във водната молекула, тя е насочена перпендикулярна на равнината на водородните атоми.
Всички отделни H2O молекули във вода са свързани към една твърда пространствена решетка - в една гигантска молекула. Ето защо тя е доста оправдана от одобрението на някои учени от физикохимисти, че целият океан е една молекула. Но не трябва да се разбира това изявление също буквално. Въпреки че всички водни молекули във вода са свързани помежду си с водородните връзки, те са в една и съща тежест, са в много сложно движещо се равновесие, като същевременно поддържат отделни свойства и единични молекули и образуват сложни агрегати. Подобно представяне се прилага не само за вода: парче диамант също е една молекула.
Как е построена ледената молекула?
Няма специални ледени молекули. Водните молекули, дължащи се на тяхната забележителна структура, са свързани в парче лед един с друг, така че всеки от тях да е свързан и заобиколен от четири други молекули. Това води до много свободна ледна структура, в която остава много свободен обем. Дясно кристална структура Ледът се изразява в невероятната благодат от снежинки и в красотата на мразовитите модели на замразени стъкла.
Как се изграждат водните молекули във водата?
За съжаление този много важен въпрос все още не е достатъчно. Структурата на молекулите в течна вода е много трудна. Когато лечението се топи, нейната мрежова структура е частично запазена в получената вода. Молекулите в стопилката се състоят от много прости молекули - от агрегати, които запазват свойствата на лед. С нарастващата температура, част от тях се разпада, техните измерения стават все по-малко.
Взаимната атракция води до факта, че средният размер на сложна водна молекула в течна вода значително надвишава размера на една водна молекула. Такава изключителна молекулна структура на вода причинява нейните извънредни физикохимични свойства.
Какво трябва да бъде плътността на водата?
Вярно е, че един много странен въпрос? Спомнете си как е инсталиран уредът - един грам. Това е масата на един кубичен сантиметър вода. Така че, не може да има съмнение, че плътността на водата трябва да бъде само такава. Възможно ли е да се съмняваш това? Мога. Теоретиката се изчислява, че ако водата не е запазила свободата, ледната структура в течно състояние и нейните молекули ще бъде опакована плътно, плътността на водата ще бъде много по-висока. При 25 ° C, това не би било равно на 1.0, но 1,8 g / cm3.
При каква температура трябва да се свалят водата?
Този въпрос също е странен. В края на краищата водата кипи със сто градуса. Това знае всички. Нещо повече, всеки знае, че точността на кипене на вода при нормално атмосферно налягане и е избран като една от референтните точки на температурната скала и условно посочено 100 ° C.
Въпросът обаче се доставя в противен случай: при каква температура водата трябва да заври? В крайна сметка, температурата на кипене различни вещества Не случайно. Те зависят от позицията на елементите, които са част от техните молекули в периодичната система Mendeleeev.
Ако сравним същите химични съединения с различни елементи, принадлежащи към една и съща група от масата на Менделеев, е лесно да се забелязва, че по-малкият атомният номер на елемента, по-малкото му атомно тегло, колкото по-ниска е точката на кипене на нейните връзки. Водата за химичен състав може да се нарече кислороден хидрид. H2TE, H2SE и H2S - химически аналози вода. Ако следвате температурите на кипене и сравнете как температурата на кипене на хидриди в други групи се променят периодична системаМожете определено да определите точката на кипене на всеки хидрид, както и всяка друга връзка. Самият Менделеев може да предскаже свойствата на химическите връзки, които все още не са отворени елементи.
Ако определите точката на кипене на кислородния хидрид чрез позиция в периодичната таблицаСлед това се оказва, че водата трябва да заври при -80 ° С. следователно, водата кипи около сто и осемдесет градуса по-горе , какво трябва да се свари. Точката на кипене на водата е най-разпространената собственост - тя се оказва изключителна и невероятна.
Свойствата на всяко химично съединение зависят от естеството на елементите, образуващи го и следователно на тяхното положение в периодичната система на химичните елементи на Менделеев. Тези графики представят зависимостта на температурата на кипене и топене на водородните съединения IV и VI на периодичната система. Водата е невероятно изключение. Благодарение на много малкия радиус на протона, силата на взаимодействието между молекулите му е толкова голяма, че е много трудно да се разделят, така че водата кипи и се топи с необичайно високи температури.
Графика А. Нормална зависимост на точката на кипене на хидриди на елементите на IV групата от тяхната позиция в масата Mendeleev.
Граф Б. Сред хидридите на елементите на групата VI вода има анормални свойства: водата ще трябва да заври с минус 80 - минус 90 ° C и се кипи с плюс 100 ° C.
График Б. Нормална зависимост на температурата на топене на хидридните елементи на групата IV от тяхната позиция в масата Mendeleev.
Графика G. Сред хидридите на елементите на групата VI вода нарушава реда: трябва да се стопи при минус 100 ° С, а ледените с лед се разтопят при 0 ° С.
При каква температура вода замръзне?
Не е ли вярно, въпросът не е по-малко странен от предишния? Е, кой не знае, че водата замръзва при нулеви степени? Това е втората референтна точка на термометъра. Това е най-разпространеното свойство на водата. Но в този случай можете да попитате: при каква температура водата трябва да замръзне в съответствие с химическата природа? Оказва се, че кислородният хидрид, основан на HDS разпоредбите в таблицата Mendeleev, трябва да се втвърди със сто градуса под нулата.
Колко водна вода съществува?
Този въпрос не е толкова лесен за отговор. Разбира се, твърде една - обичайната течна вода обичай. Но водата в течно състояние има такива необикновени свойства, които трябва да мислите: дали такова просто, изглежда, че не причинява това
няма съмнение отговор? Водата е единственото вещество в света, което след топене е първото компресирано, а след това, когато температурата се увеличава, започва да се разширява. При около 4 ° С водата е най-високата плътност. Тази рядка аномалия в свойствата на водата се обяснява с факта, че в действителност течната вода е сложен разтвор на напълно изключителен състав: това е разтвор на вода във вода.
При полагане на лед, първо се образуват големи сложни водни молекули. Те запазват останките на свободната кристална ледена структура и се разтварят в конвенционално ниско молекулно тегло. Следователно, първоначално плътността на водата е ниска, но с повишаване на температурата, тези големи молекули се унищожават и следователно плътността на водата нараства, докато обичайното термично разширение ще надделее, при което водопадната плътност пада. Ако това е вярно, тогава има няколко водни състояния, само никой не знае как да ги разделя. И докато не е известно дали ще бъде възможно да го направим някога. Такава необичайна собственост на водата е от голямо значение за живота. В резервоари, пред зимата начало, постепенно охладената вода се намалява, докато температурата на целия резервоар достигне 4 ° C. С по-нататъшно охлаждане, по-студена вода остава отгоре и всички смесителни спирки. В резултат на това се създава изключителна позиция: тънък слой студена вода се превръща в "топло одеяло" за всички жители на подводния свят. При 4 ° C те очевидно не са лоши.
Какво трябва да бъде по-лесно - вода или лед?
Кой не знае това ... защото ледените плувки на водата. Гигантски айсберги плуват в океана. Езерата през зимата са покрити с плаващ солиден слой лед. Разбира се, ледът е по-лек от водата.
Но защо "разбира се"? Толкова ли е ясно? Напротив, обемът на всички твърди вещества по време на топене се увеличава и те се удавят в собствената си стопяване. Но ледените плувки във водата. Това свойство на водата е аномалия в природата, изключение и с напълно забележително изключение.
Положителните заряди във водната молекула са свързани с водородните атоми. Отрицателните заряди са валентни електрони на кислород. Тяхното взаимно местоположение във водната молекула може да бъде изобразено като прост тетраедър.
Нека се опитаме да си представим как светът ще изглежда, ако водата има нормални свойства и лед ще бъде, тъй като трябва да се приеме на нормално вещество, гъсто течна вода. През зимата, толкова по-гъст лед, който се опитва на върха във водата, непрекъснато пада до дъното на резервоара. Летният лед, защитен от дебела студена вода, не можеше да се стопи. Постепенно, всички езера, езера, реки, потоци ще бъдат замразени, превръщайки се в гигантски ледени насилници. И накрая, те ще замразят морето и зад тях и океаните. Нашият красив цъфтящ зелен свят щеше да се превърне в твърда ледена пустиня, която покрива с тънък слой стопилка вода.
Колко лед има?
В природата на нашата земя - един: обикновен лед. Ледът е скала с изключителни свойства. Той е твърд, но тече като течност и има огромни ледени реки, които бавно текат от високи планини. Лед се сменя - непрекъснато изчезва и се образува отново. Ледът е необичайно издръжлив и издръжлив - десетките хилядолетия го държат в себе си без промени в тялото на мамутите, които случайно са умрели в ледникови пукнатини. В техните лаборатории човек успя да отвори друг, най-малко шест различни, не по-малко удивителен лед. В природата е невъзможно да ги намерим. Те могат да съществуват само при много високо налягане. Обичайният лед се запазва до налягане от 208 mPa (мегапроскали), но в същото време се топи при 22 ° С. Ако налягането е по-високо от 208 MPa, има плътна лед - лед-w. Тя е по-тежка вода и потъва в нея. При по-ниска температура и по-голямо налягане - до 300 MPa - формира се още по-плътна лед-p. Налягането над 500 mPa се превръща в лед в лед-v. Този лед може да се нагрява почти до 0 ° С и не се топи, въпреки че е под огромен натиск. При налягане около 2gp (gigapascals) се случва лед-VI. Това е буквално горещ лед - той е издържан без топене, температурата от 80 ° C. лед-VII, намерена при налягането на WGPA, може би, може да се нарече горещ лед. Това е най-плътен и огнеупорен известен лед. Тя се топи само на 190 ° над нула.
ICE-VII има необичайно висока твърдост. Този лед може да бъде дори причината за внезапната катастрофа. В лагерите, в които валовете на мощни захранващи удари се въртят, развива огромното налягане. Ако поне малко вода попадне в лубриканта, тя ще замръзне, въпреки факта, че температурата на лагерите е много висока. Образуваните частици лед-VII, притежаващи огромна твърдост, ще започнат да унищожават шахтата и носите и бързо ще ги изведат.
Може би лед и в космоса там?
Сякаш има и в същото време много странно. Но те отвориха учени на земята, въпреки че такъв лед не може да съществува на нашата планета. Плътността на всички текущ леден лед е дори при много високо налягане, само много леко надвишава 1 g / cm3. Плътността на шестоъгълна и кубична модификация на лед при много нисък натиск и температури, дори близо до абсолютна нула, малко по-малка от една. Тяхната плътност е 0.94 g / cm3.
Но се оказа, че във вакуум, с незначителен натиск и при температури под -170 ° С, при условия, при които образуването на лед се случва, когато се кондензира от пара на охладена твърда повърхност, настъпва абсолютно невероятен лед. Неговата плътност ... 2.3 g / cm3. Всички кристални лед все още са известни и този нов лед, очевидно аморфен, той се характеризира с непостоянно относително местоположение на отделни водни молекули; Няма определена кристална структура. Поради тази причина понякога се нарича стъклен лед. Учените са уверени, че този невероятен лед трябва да се случи в космически условия и да играят голяма роля във физиката на планетите и кометата. Откриването на такава супер-плътност е неочаквано за физиците.
Какво ви е необходимо да мелм?
Много топлина. Много повече, отколкото за топене на такъв брой други вещества. Изключително голямо специфично топене -80 кал (335 й) на грам лед - халс на аномално свойство на водата. Когато водата замръзване, количеството топлина се освобождава отново.
Когато дойде зимата, се образува лед, снежните пада и водата връщат топло, загрява земята и въздуха. Те се сблъскват с студ и смекчават прехода към сурова зима. Благодарение на този прекрасен воден имот на нашата планета, има есен и пролет.
Колко топлина е необходима за затопляне на водата?
Много. Повече, отколкото да се закриват равни количества от всяко друго вещество. За да се загрее грама вода в продължение на една степен, е необходима една калория (4.2 J). Това е повече от два пъти повече от топлинния капацитет на всяко химично съединение.
Водата е вещество, необичайно по-нататък в най-често срещаните имоти за нас. Разбира се, тази водна способност е много важна не само при готвене на обяд в кухнята. Водата е страхотен дистрибутор на топлина на земята. Нагрява се от слънцето под екватора, то толерира топлината в световния океан от гигантски потоци морски потоци В далечни полярни зони, където животът е възможен само благодарение на тази невероятна вода.
Защо водната сол в морето?
Това е може би една от най-важните последици от една от най-невероятните свойства на водата. В своята молекула центровете на положителни и отрицателни такси са силно изместени един спрямо друг. Следователно, водата има изключително високо, аномално значение на диелектричната константа. За вода E \u003d 80 и за въздух и вакуум Е \u003d 1. Това означава, че две различни такси във вода се привличат взаимно помежду си със сила, 80 пъти по-малко, отколкото във въздуха. В крайна сметка, от закона на Кулон:
Всички същите интермолекулни връзки във всички тела, които определят силата на тялото се дължат на взаимодействието между положителни заряди на атомни ядра и отрицателни електрони. На повърхността на тялото, потопена във вода, силите, действащи между молекулите или атомите, отслабват под влиянието на водата почти сто пъти. Ако останалата сила между молекулите е недостатъчна, за да се противопоставят на действието на термичното движение, молекулите или атомите на тялото започват да се откъсват от повърхността му и да отидат във вода. Тялото започва да се разтваря, разлагайки се или на отделни молекули като захар в чаша чай, или върху заредени частици - йони като готварска сол.
Това се дължи на необичайно висока диелектрична постоянна вода - един от най-силните разтворители. Тя дори може да разтвори всяко скално образуване земна повърхност. Тя е бавна и неизбежно унищожаваща дори гранит, извличане от тях лесно разтворими компоненти.
Брукс, реки и реки се разрушават с разтваряне на вода примеси в океана. Водата от океана се изпарява и отново се връща на земята, за да продължи вечната си работа. И разтворените соли остават в моретата и океаните.
Не мислете, че водата се разтваря и демолира в морето само това, което е лесно разтворимо, и че в морската вода съдържа само обичайната сол, която стои на масата за вечеря. Не, морската вода съдържа почти всички съществуващи елементи в природата. Има магнезий, калций и сяра и бром и йод и флуор. В по-малки количества, желязо, мед, никел, калай, уран, кобалт, дори сребро и злато са намерени в него. Над шестдесет елемента намериха химици в морската вода. Вероятно всички останали ще бъдат намерени. Най-вече в морето на готварска сол. Ето защо, водата в морето е осолена.
Възможно ли е да се движи по повърхността на водата?
Мога. За да се уверите в това, погледнете лятото на повърхността на езеро или езеро. На водата не само ходи, но и тече много живи и най-бързи фолк. Ако считаме, че площта на краката на краката в тези насекоми е много малка, не е трудно да се разбере, че въпреки ниското им тегло, повърхността на водата е издържана, без да се чука, значително налягане.
Може ли воден поток?
Да може би. Това винаги се случва и навсякъде. Водата се издига в почвата, омокрява цялата дебелина на земята от нивото на подземните води. Самата вода се издига върху капилярните съдове на дървото и помага на растението да достави разтворени хранителни вещества на голяма височина - от дълбоко скрити корени в земята до листа и плодове. Самата вода се придвижва в порите на хартията за опаковане, когато трябва да изсушите кляците, или в тъканта на кърпата, когато избършете лицето. В много тънки тръби - в капиляри - водата може да се издигне до височина до няколко метра.
Какво обяснено?
Друга чудесна характеристика на водата е изключително голямото му напрежение. Водните молекули на повърхността си изпитват силите на междумолекулната атракция само от една страна, а във вода това взаимодействие е необичайно голямо. Следователно всяка молекула на повърхността му се изтегля в течността. В резултат на това силата, затягането на повърхността на течността, е особено голяма във водата: нейното повърхностно напрежение е 72 mN / m (миригутон на метър).
Може ли водата да помни?
Такъв въпрос звучи, трябва да признаете, много необичайно, но е доста сериозно и е много важно. Тя се отнася до голям физикохимичен проблем, който в най-важната му част все още не е проучен. Този въпрос е поставен само в науката, но тя все още не е намерила отговора му.
Въпросът е: той засяга или не предишната история на водата върху нейните физикохимични свойства и е възможно, проучване на свойствата на водата, научете какво се е случило с нея по-рано, - да направим водата "помни" и да ни разкажете за това. Да, може би, както изглежда невероятно. Най-лесният начин може да бъде разбран на прост, но много интересен и извънреден пример - в паметта на леда.
Ледът е вода. Когато водата се изпари - изотопният състав на водата и парата. Лесната вода се изпарява, макар и в незначителна степен, но по-бърза.
Когато изпаряването на естествената вода, съставът варира в зависимост от изотопното съдържание не само деутерий, но и тежък кислород. Тези промени в изотопния състав на парата са много добре проучени и тяхната зависимост от температурата също е добре проучена.
Наскоро учените са сложили чудесно преживяване. В Арктика, в по-дебелите на огромен ледник в северната част на Гренландия, беше поставена сондаж и гигантско ледено ядро \u200b\u200bбе премахната и почти половин километър дълъг. Той е ясно различен от годишните слоеве на нарастващия лед. При цялата дължина на сърцевината тези слоеве се подлагат на изотопния анализ и съгласно относителното съдържание на тежки изотопи на вода и кислород - деутерий и 18 o, образуването на образуването на годишни ледени слоеве на всяко място на ядрото е определено. Датата на формиране на годишния слой се определя чрез директна проба. Така ситуацията на климата на Земята е възстановена през хилядолетието. Водата всичко успя да помни и запишете в дълбоките слоеве на зеления ледник.
В резултат на изотопични анализи, ледените слоеве са построени от кривата на изменението на климата на Земята. Оказа се, че средната температура е обект на вековни колебания. Беше много студено през XV век, в края на XVII век. И в началото на XIX. Най-горещите години са 1550 и 1930 година.
Тогава каква е тайната на "паметта" на водата?
Факт е, че през последните години много невероятни и напълно неразбираеми факти постепенно се натрупват в науката. Някои от тях са твърдо инсталирани, други изискват количествено надеждно потвърждение и все още чакат обяснението им.
Например, никой не знае какво се случва с водата, която тече през силно магнитно поле. Теоретичните физици са съвсем сигурни, че не може да се случи и не се случва с нея, засилва тяхното убеждение, доста надеждни теоретични изчисления, от които следва, че след прекратяването на магнитното поле, водата незабавно трябва да се върне към предишното състояние и останете така, както беше. И опитът показва, че се променя и става друг.
Е разликата? Съдете за себе си. От обикновена вода в котел на пара, разтворени соли, стоящи, депозират плътни и твърди, като камък, слой по стените на котлите, и от застоялата вода (така те сега започнаха да се наричат \u200b\u200bв техниката) под формата на хлабав утайка, суспендирана във вода. Изглежда, че разликата е малка. Но това зависи от гледна точка. Според работниците на топлинните електроцентрали, тази разлика е изключително ценна, тъй като стагнацията вода осигурява нормална и непрекъсната работа на гигантски електроцентрали: стените на парелните котли са обрасли, над топлопредаване, повече поколение на електроенергия. В много топлинни станции магнитната подготовка на вода отдавна е инсталирана и как и защо тя работи, нито инженерите, нито учени. В допълнение, опитът се забелязва, че след магнитното лечение на водата той ускорява процесите на кристализация, разтваряне, адсорбция, промени в омокрянето ... Вярно, във всички случаи ефектите са малки и трудни за възпроизвеждане.
Ефектът на магнитното поле на водата (задължително бърза търг) трае малки акции от секунда, а "помни" водата около това е десетки часове. Защо е неизвестно. В този случай практиката е далеч пред науката. В крайна сметка, той е по-нататък, до който магнитната обработка е валидна - върху водата или примесите, съдържащи се в нея. Почистете водата не се случва.
"Паметта" на водата не се ограничава само до последствията от магнитни ефекти. В науката има и постепенно натрупват много факти и наблюдения, показващи, че водата изглежда "си спомня" и че е била замръзнала.
Стопира вода, наскоро получена чрез топене на парче лед, сякаш се различава от тази вода, от която се образува това парче лед. В разтопената вода по-бързо и по-малко покълнат семена, кълнове се развиват по-бързо; Освен това би било възможно да расте по-бързо и да се развият пилета, които получават талну вода. В допълнение към невероятните свойства на топене на вода, установени от биолозите, известни физикохимични разлики, като топене, се различават във вискозитета, чрез стойността на диелектричната константа. Вискозитетът на стопилката води обичайната си стойност за вода само след 3-6 дни след топене. Защо е така (ако е така), никой не знае инструмент.
Повечето изследователи наричат \u200b\u200bтази област на явленията на "структурната памет" на водата, като вярвайки, че всички тези странни прояви на ефекта от предишната водна история върху неговите свойства са обяснени чрез промяна на фината структура на молекулярното му състояние. Може би това е така, но ... да се обади - това не означава да се обясни. Все още има важен проблем в науката: защо и как водата "помни" какво е с нея.
Откъде идва водата на земята?
Винаги във всички посоки Вселената прониква в потоците от космически лъчи - потоците на частици с огромна енергия. Повечето от тях са протони - ядра атоми на водород. В движението си в космоса, нашата планета непрекъснато е изложена на "протонно обстрелване". Пробиване на горните слоеве на земната атмосфера, протоните заснемат електроните, се превръщат в водородни атоми и веднага реагират с кислород, образувайки вода. Изчисляването показва, че почти сто и половина тона такава "космическа" вода се раждат в стратосферата. На висока височина при ниска температура, еластичността на водните пари е много малка и водна молекула, постепенно натрупваща се, кондензирана върху частици от космически прах, образуващи мистериозни сребърни облаци. Учените предполагат, че те се състоят от най-малките ледени кристали, произтичащи от такава "космическа" вода. Преброяването показа, че водата, която се появява по този начин на Земята в цялата си история, достатъчно, за да се роди всички океани на нашата планета. Така че водата дойде на земята от космоса? Но...
Геохимистите не смятат, че водата е небесен гост. Те са убедени, че има земния произход. Породите, основата на земната мантия, която се крие между централното ядро \u200b\u200bна Земята и земната кора, под влиянието на натрупването на топлина на радиоактивното разпадане на изотопите се разтопиха на места. От тях бяха разграничени летливи части: азот, хлор, въглеродни съединения, сяра, най-изтънчените водни пари.
Каква сума бихте могли да изхвърлите по време на изригвания всички вулкани за цялото съществуване на нашата планета?
Учените изчисляват това. Оказа се, че такава изригвана "геоложка" вода също би имала достатъчно, за да запълни всички океани.
В централните части на нашата планета, образувайки ядрото, водата, вероятно не. Малко вероятно е той да съществува там. Някои учени смятат, че освен това са налице кислород и водород, тогава те трябва, заедно с други елементи, да образуват нови за науката, неизвестни метални форми на съединения с висока плътност, които са устойчиви с тези огромни налягания и температури, които царуват в центъра на земното кълбо.
Други изследователи са уверени, че ядрото на земното кълбо се състои от желязо. Какво всъщност не е толкова далеч от нас, ние имаме под краката ви, на дълбочина над 3 хиляди км, докато някой друг не е известен, но вероятно няма вода.
Най-голяма вода в дълбините на земята се намира в мантията си - слоеве, разположени под земната кора и се простира около дълбочината до 3 хиляди км. Геолозите смятат, че най-малко 13 милиарда кубически метра са концентрирани в мантията. км вода.
Повечето горния слой Обвивката на Земята - земната кора съдържа около 1,5 милиарда кубически метра. км вода. Почти цялата вода в тези слоеве е в асоциирано състояние - тя е част от скали и минерали, образувайки хидрати. В тази вода не се притеснявайте и няма да го пиете.
Хидросферата - водната обвивка на земното кълбо образуват още 1,5 милиарда кубически метра. км вода. Почти цялата тази сума се съдържа в световния океан. Отнема около 70% от цялата земна повърхност, нейната площ е над 360 милиона квадратни метра. км. От космоса, нашата планета изглежда като глобус, а по-скоро като водна топка.
Средната дълбочина на океана е на около 4 км. Ако сравните тази "дълбочина бездънна" с размера на самия глобус, средният диаметър е Равенк, а след това, напротив, ще трябва да признае, че живеем на влажната планета, тя е само леко навлажнена с вода и тогава не по цялата повърхност. Вода в океаните и моретата са осолени - невъзможно е да се пие.
На земя вода доста: само около 90 милиона кубически метра. км. От тях повече от 60 милиона кубически метра. km е под земята, почти всички тези осолени води. Около 25 милиона кубически метра. Km масивната вода се намира в планински и ледникови райони, в Арктика, в Гренландия, в Антарктика. Тези резерви на земното кълбо са защитени.
Във всички езера, блата, създадени от човека на резервоарите и в почвата има още 500 хиляди кубически метра. км вода.
В атмосферата има вода. Във въздуха винаги, дори и в най-безхидните пустини, където няма вода, и никога няма да вали, и има много водни пари. В допълнение, облаците винаги са плаващи по небето, облаците вървят, сняг, наливайки дъждове, мъгла се обединяват над земята. Всички тези резерви в атмосферата се изчисляват със сигурност: всички, комбинирани, представляват само 14 хиляди кубически метра. км.
Идеята на древните философи, че всичко в природата се формира от четири елемента (елементи): земя, въздух, пожар и вода, съществуват до средновековието. През 1781 г. пещерен, докладвал за получаването на вода при изгаряне на водород, но не оценява напълно важността на откриването му. По-късно (1783)A. Lavuaazier доказа, че водата изобщо не е елемент, а съединение от водород и кислород. Y. Berteryus и P. dyudung (1819), както и J. dyum и zh.stas (1842) са инсталирали теглото на водата, преминавайки водород чрез меден оксид, взет в строго определено количество и претегляне на образуваната мед и вода. Въз основа на тези данни, те определят съотношението H: o за вода. В допълнение, през 1820-те години, zhivehey-loussak измерва обемите на измервания на газов водород и кислород, който в взаимодействието са били дадена вода: те се коригират като 2: 1, които, както вече знаем, се срещат с формулата 2 О. Разпространение. Водата обхваща 3/4 повърхности на земята. Човешкото тяло се състои от вода от около 70%, яйце е 74%, а някои зеленчуци са почти една вода. Така че, в диня е 92%, в зрели домати - 95%.Водата в естествените резервоари никога не е хомогенна в състава: тя преминава през скали, идва с почва и въздух и следователно съдържа разтворени газове и минерални вещества. Чистата е дестилирана вода.
Морска вода. Структура морска вода се различава в различни региони и зависи от притока на сладководни, скорост на изпаряване, количеството на валежите, топенето на айсберги и др.Вижте също ОКЕАН.Минерална вода. Минерална вода Той се формира при просмукване на обикновена вода през скали, съдържащи желязо, литий, серни съединения и други елементи.Мека и твърда вода. Твърдите води съдържат в големи количества калциеви и магнезиеви соли. Те се разтварят във вода, когато шофират в скали, смесени с мазилка (сaSO 4. ), варовик (sasso 3 ) или доломит (карбонатиMg. и ca). В меката вода на тези соли малко. Ако водата съдържа калциев сулфат, те казват, че тя има постоянна (не-поръчка) твърдост. Тя може да бъде омекотена чрез добавяне на натриев карбонат; Това ще доведе до утаяване на калций под формата на карбонат и натриев сулфат ще остане в разтвора. Натриевите соли не реагират със сапун и ще бъде по-малко консумация, отколкото при наличие на калциеви и магнезиеви соли.Водата притежава временна (карбонат) твърдост съдържа калциеви и магнезиеви бикарбонати; Тя може да бъде омекотена по няколко начина: 1) отопление, което води до разлагане на бикарбонати върху неразтворими карбонати; 2) чрез добавяне на вар вода (калциев хидроксид), в резултат на което бикарбонатите се превръщат в неразтворими карбонати; 3) с помощта на обменни реакции.
Молекулярна структура. Анализ на данните, получени от абсорбционния спектри, показва, че три атома във водната молекула образуват уравнителен триъгълник с два водородни атома в основата и кислород в горната част:Ъгълът на Valence не е 104.31° , Обща дължина O-H е 0,99Å (1 Å \u003d 10 -8 cm) и разстояние n-n е 1,515 Å . Водородните атоми са толкова дълбоко "внедрени" в кислороден атом, че молекулата се оказва почти сферична; Неговия радиус - 1.38Å . Вода Физически свойства. Поради силното привличане между водните молекули, високите температури на топене (0° C) и кипене (100 ° От). Дебелният слой вода има син цвят, който се определя не само от неговите физични свойства, но и наличието на суспендирани частици от примеси. Водата на планинските реки е зеленикаво поради претеглените частици на калциев карбонат, съдържащ се в него. Чистата вода е лош проводник на електричеството, нейната електрическа проводимост е 1.5Н 10 -8 Ох -1 НС-1 при 0 ° С. Сгъстяване на водата е много малък: 43Н 10 -6 cm 3 на мегабар на 20° C. Плътността на водата е максимална на 4° От; Това се обяснява с свойствата на водородните връзки на нейните молекули.Пари под налягане. Ако оставите вода в отворен контейнер, той постепенно ще се изпари - всички негови молекули ще преминат във въздуха. В същото време водата в плътно затворен кораб се изпарява само частично, т.е. При определено налягане на водните пари между водата и въздуха, което е над него, се установява чрез равновесие. Налягането на изпаренията в равновесие зависи от температурата и се нарича насипно налягане на двойки (или неговата еластичност). Когато наситеното налягане на двойката се сравнява с външното налягане, кипене на вода. При нормално налягане от 760 mm Hg.St. Водата кипи на 100° C, и на надморска височина от 2900 м надморска височина. Атмосферното налягане спада до 525 mm Hg. и точката на кипене се оказва 90° От.Изпаряването се осъществява дори от повърхността на снега и лед, поради което изсъхва в студено мокро бельо.
Вискозитетът на водата с нарастваща температура се намалява бързо и при 100
° C е 8 пъти по-малка от 0Щампа Химични свойства. Каталитично действие. Много химична реакция Те продължават само в присъствието на вода. Така че, кислородното окисление не се появява в сухи газове, металите не реагират с хлор и др.Хидрати. Много съединения винаги съдържат определен брой водни молекули и се наричат \u200b\u200bхидрати. Естеството на облигациите, генерирано в същото време, може да бъде различно. Например, в меден сулфат пентахидрат или мед cuneCUSO 4H 5H2O , Четири водни молекули образуват координация със сулфат йон, срутен на 125° От; Петата водна молекула е толкова твърдо, която е изчезнала само при температура от 250° В. Друг стабилен хидрат - сярна киселинаШпакловка Тя съществува в две хидратични форми,Така че 3Н H20 и S02 (о) 2 Има равновесие, между което е установено балансът. Язовете във водни разтвори също често се хидратират. Така че, N. + винаги е под формата на йон хидроксониум 3 O + или N 5O 2 + Шпакловка Литиево - йон - под формата наLi (H 2O) 6 + и т.н. Елементите като такива са рядко в хидратирана форма. Изключение е бром и хлор, който образува хидратиBR2H10H2O и CI2H6H20. Някои конвенционални хидрати съдържат кристализационна вода, като бариев хлоридBACL 2H 2H2O , Английска сол (магнезиев сулфат)MgS04H 7H2O пиене сода (натриев карбонат)Na2C03H10H2O, сол на Глауберова (натриев сулфат)Na2S04H 10H2O. Солите могат да образуват няколко хидрати; Така, медният сулфат съществува във форматаCUSO 4H 5H2O, CUSO 4H3H2O \u200b\u200bи CUSO 4H H2O . Ако налягането на наситена двойка хидрат е по-голямо от атмосферното налягане, тогава солта ще загуби вода. Този процес се наричатечащ (Изветрени). Процесът, в който солта абсорбира водата, се наричасплит . Хидролиза. Хидролизата е реакция на двойно разлагане, при която водата е една от реагентите; Фосфорен трихлоридPCL 3. Лесно реагирайте с вода:PCL 3 + 3H2O \u003d p (OH) 3 + 3HC1 По същия начин мазнините се хидролизират с образуването на мастни киселини и глицерол.Хидратация. Водата е полярно съединение и следователно следователно като цяло се присъединява към електростатичното взаимодействие с частици (йони или молекули) вещества, разтворени в него. Молекулните групи, образувани в резултат на солвация, се наричат \u200b\u200bсолвати. Слоят на водните молекули, свързан с централната частица на солват чрез атракционни сили, е солвателна обвивка. За първи път концепцията за солвация беше въведена през 1891 г. I.А. Каблуков.Тежка вода. През 1931 г. Юри показва, че по време на изпаряването на течния водород, последните му фракции са по-тежки от обикновения водород поради съдържанието на два пъти по-тежък изотоп в тях. Този изотоп се нарича Deuterium и е обозначен със символа.Д. . В неговите свойства водата, съдържаща вместо обикновен водород, тежък изотоп е значително различна от обикновената вода.В природата за всеки 5000 части на масата
2 О, сметки за една частD 2 O. . Това съотношение е еднакво за реката, дъжд, блато вода, подземни води или кристализация вода. Тежката вода се използва като етикет при изучаването на физиологични процеси. Така, в урината на дадено лице, съотношението между Н иД. Също равно на 5000: 1. Ако дадете на пациента да пиете вода с голямо съдържаниеD 2 O. След това последователно измерване на дела на тази вода в урината, можете да определите скоростта на отстраняване на водата от тялото. Оказа се, че около половината от питейната вода остава в тялото дори след 15 дни. Тежката вода, или по-скоро деутерийът е важен участник на реакциите на ядрения синтез.Третият изотоп на водород - тритий, обозначен със символа на Т., за разлика от първите две, той е радиоактивен и се намира в природата само в малки количества. В сладководните езера съотношението между него и обикновения водород е 1:10
18 , в повърхностни води - 1:10 19 , в дълбоки води, липсва.Вижте също Водород. Лед Лед, фаза на твърда вода, се използва главно като хладилен агент. Тя може да бъде равновесие с течни и газообразни фази или само с газообразна фаза. Дебел слой лед има синкав цвят, който е свързан с особеностите на пречупването на светлината. Сгъваемостта на лед е много ниска.Лед под нормално налягане съществува само при температура 0
° C или по-ниска и има по-малка плътност от студена вода. Ето защо айсберг плуват във вода. В същото време, тъй като съотношението на плътността на лед и вода в 0° С постоянно лечението винаги се изплъзва от водата до определена част, а именно 1/5 от обема му.Вижте също Айсберги. Резюме Двойка - газообразна водна фаза. Противно на общоприетото мнение, той е невидим. Че "двойки", които избухва от кипяща чашка, всъщност е много най-малки капчици вода. Двойката има свойства, много важни за поддържане на живота на земята. Добре известно е, че под действието на слънчевата топлина от повърхността на моретата и океаните се изпарява. Получените водни пари се издигат в атмосферата и се кондензират, а след това падат на земята под формата на дъжд и сняг. Без такъв цикъл на вода, нашата планета щеше да се превърне в пустиня.Двойката има много приложения. С един съм запознат с другите, те чуха само за другите. Сред най-известните устройства и механизми, работещи с използването на пара са ютии, парни локомотиви, параходи, парни котли. Парата завърта турбините на генератори върху топлоелектрически централи.
Вижте също Парна котел; Двигател термична; Топлина; Термодинамика. Литература Айзенберг Д., Каузман В.Структура и свойства на водата . Л., 1975.Zatsepina g.n. Физични свойства и водна структура . М., 1987.
K.H.N. O.V. Мосаин
Физика на молекулярната вода в три от агрегатите си
Вода, водороден оксид, Н2 0, най-простият устойчив при нормални условия, химично съединение от водород с кислород (11.19% водород и 88.81% кислород по маса). Водата е безцветна течност без миризма и вкус (в дебели слоеве има синкав цвят), който принадлежи към най-важната роля в геоложката история на Земята и появата на живота, при образуването на физическа и химическа среда, климат и времето на нашата планета. Водата е задължителен компонент на почти всички технологични процеси - както селскостопанска и промишлена продукция.
Водата е част от всички живи организми и като цяло, те съдържат само два пъти повече вода, отколкото във всички реки на земята. В живите организми количеството вода, с изключение на семена и спор, варира между 60 и 99.7% тегловни. Според френския биолог E. Dubua Reimon, има жив организъм L "Eau Animée (Forshelny Water). Всички води на Земята постоянно взаимодействат помежду си, както и с атмосферата, литосферата и биосферата.
Земната топлина съдържа около 16 милиарда км3 вода, което е 0.25% от масата на цялата ни планета. От това количество, делът на хидросферата на Земята (океаните, морето, езерата, реките, ледниците и подземните води) представляват 1,386 милиарда км3. Свежи повърхностни води (езера и реки) съставляват само 0,2 милиона км3 и атмосферна водна пара - 13 хиляди км3.
Общата маса на сняг и лед, разпределени по повърхността на земята, достига около 2.5-3.0 х 1016 тона, което е само 0,0004% от масата на цялата ни планета. Въпреки това, такова количество е достатъчно, за да покрие цялата повърхност. Земно кълбо 53 метра слоеве и ако цялата тази маса внезапно се стопи, превръщайки се във вода, нивото на световния океан ще се повиши в сравнение с текущия около 64 метра.
Водата на земята прониква, започвайки от най-големите височини на стратосферата, до огромните дълбочини на земната кора, достигайки мантията и образуват непрекъсната обвивка на планетата - хидросфера, съдържаща цялата вода в течност, \\ t твърдо, газообразно, химически и биологично свързано състояние.
Хидросфера - водна обвивка Земя, включително океаните, морето, езерата, резервоарите, реките, подземните води, влажността на почвата, е около 1,4-1,5 млрд. Км 3, а делът на суши вода има само около 90 милиона км 3. От тях подземните води са 60, ледници 29, 0.75 езера, почвена влага 0.075, реки 0.0012 млн. Km 3.
Хидросферата се играе и играе основна роля в геоложката история на Земята, при образуването на физическа и химическа среда, климат и време, при появата на живота на нашата планета. Тя се развива заедно и в тясно сътрудничество с литосферата, атмосферата и след това дивата природа.
В атмосферата Водата е под формата на пара, мъгла и облаци, дъждовни капки и снежни кристали (само около 13-15 хиляди км 3). Около 10% от суши повърхността постоянно се занимава с ледници. На север и североизток от СССР, в Аляска и северно от Канада, общата площ от около 16 милиона км 2 винаги е запазена от сбръчен слой лед (само около 0,5 милиона км 3.
В земя Кор - литосфера Тя се съдържа по различни оценки, от 1 до 1,3 милиарда км3 вода, което е близо до съдържанието му в хидросферата. В земната кора, значителни количества вода са в съответното състояние, влизане в някои минерали и скала (гипс, хидратирани силициеви форми, хидросиликати и др.). Огромни количества Водите (13-15 милиарда км 3) са концентрирани в по-дълбоките дълбочини на земната мантия. Добивът на вода, който се отличава от мантията в процеса на нагряване на земята в ранните етапи на образуването му и дава, според съвременните гледки, началото на хидросферата. Годишният поток от вода от мантията и магматичните огнища е около 1 км 3.
Има доказателства, че водата, поне частично, има "космически" произход: протони, които идват в горната атмосфера от слънцето, заснемащи електрони, превръщат се в водородни атоми, които, свързващи с кислородни атоми, дават H 2O.
Водата се намира в естествени условия в три състояния: твърд - под формата на лед и сняг, течност - под формата на вода, газообразен - като водна пара. Тези водни състояния се наричат \u200b\u200bсъвкупни състояния или съответно твърди, течни и парични фази. Преминаването на вода от една фаза към друго се дължи на промяната в нейната температура и налягане. На фиг. Фигура 1 показва диаграмата на агрегираните състояния на вода в зависимост от температурата t и налягане P. от фиг. Може да се види, че в областта I водата е само в твърда форма, в региона II - само в течност, в региона III - само под формата на водни пари. По скоростната крива, тя е в състояние на равновесие между твърди и течни фази (лед и кристализация на водата); По кривата на AB - в състояние на равновесие между течните и газообразните фази (изпаряване на водата и кондензацията на пара); По кривата на рекламата - в равновесие между твърдите и газообразните фази (сублимация на водните пари и сублимацията на лед).
Фиг. 1. Диаграмата на съвкупните състояния на вода в района на тройната точка А. I - лед. II - вода. III - водна пара.
Равновесието на фазите от фиг. 1 по кривите на AB, AC и AD трябва да се разбира като динамичен баланс, т.е. по тези криви, броя на новообразуваните молекули на една фаза стриктно равни на броя на новосъздадените Молекули на друга фаза. Ако, например, постепенно хладка вода при всяко налягане, тогава в крайна сметка ще се окажем на AC кривата, където водата ще се наблюдава в съответната температура и налягане. Ако постепенно загрявате леда при различно налягане, ние ще се окажем на една и съща равновесна крива, но отстрани на леда. По същия начин ще имаме водни и водни пари, в зависимост от коя страна ще се приближим до кривата на AB.
И трите криви на съвкупното състояние - AC (кривата на точката на топене на лед от налягане), AV (крива на водната точка на кипене на вода от налягане), AD (извивка на зависимостта на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на налягането на пара от твърдо вещество Фаза от температура) - пресичане в една точка А, носеща заглавието на тройната точка. Съгласно съвременните проучвания стойностите на налягането на насилни пари и температури в тази точка са съответно равни: р \u003d 610.6 PA (или 6.1 gp \u003d 4.58 mm Hg. Чл.), T \u003d 0.01 ° C (или t \u003d 273.16 k ). В допълнение към тройната точка, AV кривата преминава след още две характеристични точки - точка, съответстваща на кипенето на вода при нормално налягане на въздуха с координати р \u003d 1,013 · 10 5 Pa и T \u003d 100 ° C и точката с координати Р \u003d 2,211 · 10 7 Pa и t Kr \u003d 374.2 ° C, съответстващи на критична температура - температура, само под коя водна пара може да бъде преведена в течно състояние чрез компресия.
AU кривите, AV, AD, свързани с преходните процеси на веществото от една фаза към друга, са описани от уравнението на Klapaire Clausius:
където t е абсолютна температура, съответстваща на всяка крива, съответно, изпаряване, топене, сублимация и др.; L е специфичната топлина, съответно, изпаряване, топене, сублимация; V 2 - V 1 е разликата съответно на специфични обеми, когато се движи от вода до лед, от водна пара до вода, от водна пара към лед.
Незабавният опит показва, че естествените води на суши при нормално атмосферно налягане се прехвърлят (AF кривата) към някои отрицателни стойности на температурата не кристализират. Така водата има имущество да бъде хиподьор, т.е. Вземете температурата под точката на топене на леда. Вълното състояние на водата е състояние на метастабилно (нестабилно), при което преходът на течната фаза, който произхожда от всяка точка, продължава непрекъснато, докато суперкулнето се елиминира или докато се появи в твърда течност. Възможността за приемане на температурата под точката на топене е открита за първи път по Фаренхайт през 1724 година.
По този начин ледените кристали могат да се появят само в свръхколадна вода. Преминаването на свръхколадна вода в твърдо състояние - лед, се случва само ако има центрове (ядра) на кристализация в нея, които могат да бъдат суспендирани частици на наноса във вода, ледени кристали или сняг, влизащи в водата от атмосферата, образуват ледени кристали В отопляема вода в резултат на бурното му прогресивно движение, частиците на други вещества, присъстващи във водата по-дебела.
Фиг. 2. Диаграма на фазовата вода. IH, II - IX - лед; 1 - 8 - тройни точки.
Супенето на водата е термодинамично състояние, при което температурата на водата се оказва по-ниска от кристализацията му. Това състояние възниква в резултат на понижаване на температурата на водата или увеличаване на температурата на кристализация. Температурата на водата може да бъде намалена чрез отстраняване на топлината, която най-често се среща в природата, или да го смесва със солено, като например море, вода. Температурата на кристализация може да бъде подобрена чрез понижаване на налягането.
При лабораторни условия, с голямо налягане и интензивно охлаждане, дестилирана вода може да бъде разпрашена до температура от ред - 30, и капки - 50 ° C. Скоростта на нейната кристализация зависи от дълбочината на преохлаждането на водата.
Така диаграмата на агрегираните водни състояния е твърда линия на фиг. 1 - трябва да се считат за свързани с много ниски топлина, когато ефектът от времето върху трансформацията на фазата е малък. При високи топлинни товари, процесът на фазови трансформации ще се появи в зависимост от кривата на инсулт AF.
Точката на топене на лед (AC кривата) е много слаба зависима от налягането. Почти AC кривата, успоредна на хоризонталната ос: когато налягането се променя от 610.6 до 1.013 · 10 5 РА, точката на топене намалява само от 0.01 до 0 ° С. Въпреки това, тази температура намалява с увеличаване на налягането само до определена стойност, след което се увеличава и при много високо налягане достига стойността от около 450 ° С (фиг. 1.2). Както следва от фиг. 1.2, при високо налягане, ледът може да бъде при положителна температура. Има до десет различни форми на лед. IH формата на лед, която се характеризира с намаляване на точката на топене с увеличаване на налягането, съответства на конвенционален лед, оформен поради замръзване на вода при нормални условия. Координатите на тройните точки на различни форми на лед, маркирани на фиг. 1.2 Арабски номера 1-8 са показани в таблица. 1.1. Структурата и физическите свойства на всички форми на лед се различават значително от IH IH.
Твърдата тяло (лед), както и течността, изпаряваща се в широк спектър от температурни стойности и директно влиза в газообразно състояние (сублимация), заобикаляща течната фаза, - кривата на рекламата. Обратният процес, т.е. преходът на газообразната форма директно в твърда (сублимация) се извършва, също заобикаляща течната фаза. Сублимацията и сублимацията на лед и сняг играят голяма роля в природата.
Структурата на водната молекула
Водата е сложна субстанция, чиято основна структурна единица е Н20 молекула, състояща се от два водородни атома и един кислороден атом. Схемите за възможното взаимно подреждане на Н и О атоми в Н20 Молекулата през целия период на нейното изследване бяха предложени няколко дузища; Понастоящем приетата схема е показана на фиг. 3.
Фиг. 3. структурна структура на водната молекула: молекулна геометрия и електронни орбити
Общата кинетична енергия на молекулата на трис от тип Н20 може да бъде описана чрез следния израз:
където и скоростта на подходящото и ротационно движение на молекулата; I X, I Y, I Z - моменти на инерция на молекулата спрямо съответните оси на въртене; M е масата на молекулата.
От това уравнение може да се види, че общата енергия на трохатомната молекула от тип Н 2 О се състои от шест части, съответстващи на шест степени на свобода: трите прозрачни и три ротационни.
От хода на физиката е известно, че за всяка от тези степени на свобода, с топлина равновесие, има същото количество енергия, равно на 1/2 kt, където k \u003d Rm / Na \u003d 1,3807 · 10 -23 J / K е постоянна болцман; Т-абсолютна температура; N a \u003d 6,0220 · 10 23 mol -1 - брой арогадро; Kn a \u003d R m \u003d 8,3144 J / (mol · k) е универсална газова константа. След това завършете кинетична енергия Такава молекула е:
Общата кинетична енергия на молекулите, съдържаща се в грам молекулата на всеки газ (пара), ще бъде:
Общата кинетична енергия W е свързана със специфичната топлинна мощност на CV при постоянна формула:
Изчисляването на специфичния топлинен капацитет на водата съгласно тази формула за водна пара дава стойност 25 J / (mol · k). Според експериментални данни, за водната пара CV \u003d 27.8 J / (mol · k), т.е. близък до изчислената стойност.
Изследването на водната молекула, използвайки спектрографски проучвания, позволиха да се установи, че има структура, сякаш е уравнен триъгълник: в горната част на този триъгълник има кислороден атом, а в основата на него - два водородни атома. Ъгълът на върха е 104 ° 27, а дължината на страните е 0.096 nm. Тези параметри се отнасят до хипотетичното равновесно състояние на молекулата без нейните колебания и въртенето.
Относителното молекулно тегло на Н20 зависи от относителя атомна маса Неговите компоненти и имат различни значения, тъй като кислородът и водородът имат изотопи.
Кислород има шест изотопа: 14 О, 15 О, 16 О, 17 О, 18 О, 19 О, от които само три са стабилни и водород три: 1Н (дати), 2 Н (деутерий), 3Н ( тритий). Някои от радиоактивните изотопи имат кратък полуживот и присъстват във водата в малки количества, други се получават само по изкуствено и в природата не са намерени.
Така, като се вземат предвид изотопите на кислород и водород, е възможно да се направят няколко вида Н20 молекула с различни относителни молекулни тегла. От тях най-често срещаните молекули 1 Н2 16 o с относителни молекулни маси 18 (обикновена вода) и 2 Н2 16о молекули с относителни молекулни маси 20. Последните молекули образуват така наречената тежка вода. Тежката вода в нейните физически свойства е значително различна от обикновената вода.
Молекулярна кинетична теория на веществото и водата
Структурата на водата в три от нейните съвкупни държави все още не може да се счита за окончателно установена. Има няколко хипотези, които обясняват структурата на парата, водата и леда.
Тези хипотези са повече или по-малко основани на молекулярната кинетична теория на структурата на веществото, чиито основи все още са положени от M.V. Ломоносов. От своя страна молекулярната кинетична теория идва от принципите класическа механикаВ кои молекули (атоми) се считат за топки от дясната форма, електрически неутрални, в идеалния случай еластичен. Такива молекули са просто изложени на механични сблъсъци и не изпитват никакви електрически сили на взаимодействие. Поради тези причини използването на молекулярно-кинетична теория може да обясни само структурата на веществото при първото приближение.
Газ - в нашия случай на водна пара, - според молекулярната кинетична теория, е колекция от молекули. Разстоянието между тях е многократно повече от размерите на самите молекули. Газовите молекули са в непрекъснато непостоянно движение, движат пътя между стените на съдовете, в които се сключва газът и се сблъскват помежду си по този път. Сблъсък на молекули се осъществява без загуба на механична енергия; Те се считат за въздействие на перфектните еластични топки. Ударите на молекули около стената, граничещи с кораба, причиняват налягане на газ към тези стени. Скоростта на молекулите се увеличава с повишаване на температурата и намалява с капка.
Когато температурата на газа е намалена от повече високи стойности, се приближава към точката на кипене на течността (за вода 100 ° С при нормално налягане), скоростта на молекулите се намалява и когато якостта на привличането между тях става повече сили Еластични отблъсквания при хит и следователно газът се кондензира в течността.
В случай на изкуствена втечняване, тя трябва да бъде по-ниска от така нареченото критично налягане, което съответства на критичното налягане (стр.1.1). При температури над критичния газ (двойки), в течността не може да бъде преведено налягане.
Стойността на RT CR / (P CR / CR) за всички газове, включително за водна пара, трябва да бъде 8/3 \u003d 2.667 (тук R е газова константа; t, p CR, v CR - съответно критични температури, налягане, сила на звука). Въпреки това, за водна пара 4.46. Това се обяснява с факта, че двойката включва не само единични молекули, но и техните асоциации.
Течността, за разлика от газа, е комбинация от молекули, разположени толкова близо един до друг, които между тях се появяват силите на взаимното привличане. Следователно, течността молекулите няма да се различават в различни посоки като газовите молекули, но само се колебаят близо до тяхното равновесничество. В същото време, тъй като структурата на течността не е доста плътна, в нея има свободни пространства - "дупки", в резултат на което, според теорията на Ya.i.Frenkel, някои молекули с по-голяма енергия са Разбит се от "заседналото" място и скочи се движи към съседната "дупка", разположена на разстояние, приблизително равна на размера на самата молекула. По този начин, течността на молекулата е относително рядко се премества от място на място и през повечето време са в "уреденото" състояние, като се подлагат само на осцилаторни движения. Това, по-специално, обяснява слабата дифузия в течности в сравнение с високата си скорост в газовете. Когато течността се нагрява, нейните молекули се увеличават, скоростта на тяхното колебание се увеличава. При температура от 100 ° С и нормално атмосферно налягане, водата се разлага в отделни H2O молекули, чийто скорост вече може да преодолее взаимното привличане на молекулите и водата се превръща в пара.
Когато се охлажда течност (вода), се случва обратен процес. Скоростта на осцилаторното движение на молекулите се намалява, структурата на течността става по-издръжлива и течността преминава в кристалния (твърд) държавен лед. Има два вида твърди тела: кристален и аморфен. Основният признак на кристалните тела е анизотропията на техните свойства в различни посоки: термично разширение, якост, оптични и електрически свойства и др. Аморфните тела са езотропни, т.е. притежават същите свойства във всички посоки. Ледът е кристално тяло.
При твърдото вещество, за разлика от газ и течност, всеки атом или молекула варира само близо до нейното равновесие, но не се движат. Няма "дупки" в твърдото вещество, в които отделните молекули могат да се движат. Следователно, няма дифузия в твърди вещества. Атомите, съставляващи молекулите, образуват твърда кристална решетка, необходимата неизменност се дължи на молекулни сили. Когато температурата на твърдото вещество се приближава към точката на топене, кристалната решетка се разрушава и тя влиза в течно състояние. За разлика от кристализацията на течности, топенето на твърди вещества се среща относително бавно, без изразен скок.
Кристализацията на повечето течности възниква с намаляване на обема и топенето на твърди вещества е придружено от увеличаване на обема. Изключение е вода, антимон, парафин и някои други вещества, които имат твърда фаза, по-малко гъста от течността.
Структура на водата в три от своите съвкупни държави
Проблемът за оценяване на структурата на водата все още е един от най-сложните. Разгледайте накратко две генерализирани хипотези за структурата на водата, която са получили най-голямото признание, един - в първоначалния период на развитие на ученията за структурата на водата, а другият е в момента.
Според хипотезата, предложена чрез махане (1883) и трябва да се срещат различни интерпретации, основната конструкция на водните пари е Н20 молекула, наречена хидрол, или монохидрол. Основната строителна единица вода е двойна молекула за вода (Н20) 2-дигидол; Ледът се състои от тройни молекули (Н20) 3 - трихидрол. В тези представяния се основава така наречената хидролитична теория на водната структура.
Водната пара, според тази теория, се състои от колекция от най-простите молекули на монохидрола и техните асоциации, както и от малък брой дихидролелни молекули.
Водата в течна форма е смес от молекули монохидрол, дихидрол и триогидол. Съотношението на броя на тези молекули във вода е различно и зависи от температурата. Съгласно тази хипотеза, съотношението на количеството водни молекули и обяснява една от нейните основни аномалии - най-голямата плътност на водата при 4 ° C.
Тъй като водната молекула е асиметрична, центровете на тежестта на положителните и отрицателните заряди не съвпадат. Молекулите имат два полюса - положителни и отрицателни, създаващи, като магнит, молекулни захранващи полета. Такива молекули се наричат \u200b\u200bполярни или диполи, а количествената характеристика на полярността се определя от електрическия момент на дипола, изразен от продукта l между електрическите центрове на тежестта на положителните и отрицателните заряди на молекулата за зареждане e в абсолютно Електростатични единици:
За вода, диполетът е много висок: р \u003d 6,13 · 10 -29 cl · m. Полярността на молекулите на монохидрола и обяснява образуването на дихидрол и трихидрол. В същото време, тъй като собствените си скорости на молекулите се увеличават с повишаване на температурата, това може да се обясни с постепенното разпадане на триогидол в дихидро и по-нататък в монохидрола, съответно, при топене на лед, нагряване и вряща вода.
Друга хипотеза за структурата на водата, разработена през 20-ти век (модели О. Я. Самилов, J. Popp, GN Zatsepina и т.н.), се основава на идеята, че ледът, водата и водната пара се състоят от молекули H 2O , комбинирани групи с помощта на така наречените водородни връзки (J. Barnal и R. Fauler, 1933). Тези облигации възникват в резултат на взаимодействието на водородни атоми на една молекула с кислороден атом на съседна молекула (със силен електронен елемент). Такава характеристика на обмена на водород във водната молекула се определя от факта, че се отказва от единствения си електрон към образованието ковалентна комуникация С кислород, той остава под формата на ядро, почти лишен от електронна обвивка. Следователно водородният атом не изпитва съседната водна молекула от електронната обвивка на кислород, а напротив, тя е привлечена от нея и може да влезе с него във взаимодействие. Съгласно тази хипотеза може да се приеме, че силите, образуващи водородната връзка, са чисто електростатични. Въпреки това, съгласно метода на молекулни орбитали, водородната връзка се образува от дисперсионните сили, ковалентни връзки и електростатично взаимодействие.
Таблица 1 показва молекулярния състав на вода, лед и водна пара върху различни литературни източници.
Таблица 1.1.
Молекулен състав на лед, вода и водна пара,%
Така, в резултат на взаимодействието на водородните атоми на една водна молекула с отрицателни заряди на кислород, друга молекула образува четири водородни връзки за всяка водна молекула. В същото време молекулите обикновено се комбинират в групи - Асоциатори: Всяка молекула е заобиколена от четири други (фиг. 4). Такава гъста опаковка на молекули е характерна за водата в замразеното състояние (IH IH) и води до отворена кристална структура, принадлежаща към шестогоналната симетрия. С тази структура, "празнотата - каналите" се образуват между фиксирани молекули, така че плътността на леда е по-малка от плътността на водата.
Увеличаването на ледната температура до топенето и горната част води до разкъсване на водородните връзки. С течно състояние на водата, има достатъчно обичайни термични движения на молекули за унищожаване на тези връзки.
Фиг. 4. Схема на взаимодействие на водните молекули. 1 - кислород, 2 - водород, 3-химична връзка, 4 - водородна връзка.
С увеличаване на температурата на вода до 4 ° С, подреждането на молекулите на кристалния тип с характерната структура за лед до известна степен се запазва. Предлага се в тази структура, маркирана над кухините, пълни с освободени водни молекули. В резултат на това, плътността на течността се увеличава до максималната при температура от 3.98 ° С. По-нататъшното увеличение на температурата води до изкривяване и разкъсване на водородни връзки и следователно разрушаването на групите на молекули, до отделни молекули, което е характерно за пара.
И така, какви са мистериозните, необичайни свойства на обичайната течна вода? На първо място, във факта, че почти всички свойства на водата са аномални, и много от тях не се подчиняват на логиката на тези закони на физиката, които контролират други вещества.
Водните молекули по време на кондензацията образуват течно вещество с невероятна сложност. На първо място, това се дължи на факта, че водните молекули имат уникален имот, който се комбинира в клъстери (групи) (Н20) х. Под клъстера обикновено разбират групата на атомите или молекулите, обединени чрез физическо взаимодействие в един ансамбъл, но индивидуалното поведение, което се запазва вътре в него. Възможностите за пряко наблюдение на клъстерите са ограничени и следователно експериментаторите компенсират инструменталните недостатъци на интуицията и теоретичните конструкции.
При стайна температура, степента на асоциация X за вода е, според съвременните данни, от 3 до 6. Това означава, че формулата за вода не е просто Н20, но средната между Н6Оз и Н 12О6. С други думи, водата е сложна течност, "съставена от" от повтарящи се групи, съдържащи от три до шест единични молекули. В резултат на това водата има аномални стойности на замръзване и температурата на кипене в сравнение с хомолозите. Ако водата е подчинена на общите правила, трябваше да се замръзне при температура от -100 около С и изкрещя при температура от около +10 ° С.
Ако водата по време на изпаряване остава под формата на Н6О3, Н204 или Н 12С6, тогава водните пари ще бъдат много по-тежки от въздуха, в който доминират азотните и кислородните молекули. В този случай повърхността на цялата земя ще бъде покрита от вечния слой на мъгла. Почти невъзможно е да си представим живота на такава планета.
Хората са много щастливи: клъстерите на вода по време на изпаряването се разпадат, а водата се превръща почти в прост газ с химическа формула H 2O (открит наскоро в двойка, не прави малък брой димер H 4 O 2 времето не е така ). Плътността на газообразната вода е по-малка от плътността на въздуха и следователно, водата може да насити земната атмосфера със своите молекули, Създаване на удобни метеорологични условия за хората.
На Земята няма други вещества, надарени със способността да бъдат течни при температурата на човешкото съществуване и в същото време да образуват газ не само по-лесен въздух, но и да се върнат на повърхността си под формата на валежи.
K.H.N. O.V. Мосаин
Потребителско търсене
Структура на водата
K.H.N. O.V. Мосаин
Водната молекула е малък дипол, съдържащ положителни и отрицателни заряди върху полюсите. Тъй като масата и зареждането на кислородното ядро \u200b\u200bе по-голямо от това на водородните ядра, електронният облак се стяга към кислородното ядро. В същото време водородното ядро \u200b\u200bе счупено. По този начин електронният облак има нехомогенна плътност. Близо до водородни ядра липсват електронна плътност и от другата страна на молекулата, близо до кислородното ядро, се наблюдава излишък от плътност на електронната мрежа. Това е структурата и определя полярността на водната молекула. Ако епицентърите на положителни и отрицателни такси са свързани към правите линии на положителни и отрицателни заряди - правилния тетраедър.
Структурата на водната молекула (рисунка вдясно)
Благодарение на наличието на водородни връзки, всяка водна молекула образува водородна връзка с 4 съседни молекули, образувайки рамка на отворена мрежа в ледената молекула. Въпреки това, в течна държавна вода - неразрешена течност; Тези водородни връзки са спонтанни, краткотрайни, бързо бързат и се образуват отново. Всичко това води до хетерогенност в структурата на водата.
Водородни връзки между водните молекули (чертеж по-долу)
Фактът, че водата е хетерогенна в състава му, е установена за дълго време. Дълго време е известно, че ледените плува на повърхността на водата, т.е. плътността на кристалния лед е по-малка от плътността на течността.
Почти всички други вещества са кристална гъста течна фаза. В допълнение, след топене, плътността на водата продължава да се увеличава и достига максимума при 4 ° С. Аномалията на сгъстяването на вода е по-малко известна: когато се нагрява от точката на топене, тя намалява до 40 ° С и след това се увеличава. Водният топлинен капацитет също зависи от температурата на не-монотонните.
В допълнение, при температура под 30 ° С, с увеличаване на налягането от атмосферно до 0.2GPA, вискозитетът на вода намалява и само дифузионният коефициент е параметър, който определя скоростта на преместване на водните молекули спрямо един друг, растат.
За други течности зависимостта е обратна и почти навсякъде не се случва на някакъв важен параметър, за да има немонотоничен, т.е. Първо нараства и след преминаване на критичната стойност на температурата или налягането намаля. Предполага се, че в действителност водата не е нито една течност, а смес от два компонента, които се различават по свойства, като плътност и вискозитет, и следователно структурата. Такива идеи започнаха да се появяват в края на XIX век, когато се натрупват много данни за аномалиите за вода.
Първата идея, която водата се състои от два компонента, изразиха махат през 1884 година. Неговото авторство котировките е.f. Fritzman в монографията "Естеството на водата. Тежката вода", публикувана през 1935 година. През 1891 г. V.Rengten въведе представа за две водни състояния, които се различават по плътност. След нея се появяват много творби, при които водата се счита за смес от съдружници с различен състав (хидроли).
Когато ледената структура се определя в 20-те години, тя се оказа, че водните молекули в кристалното състояние образуват триизмерна непрекъсната решетка, в която всяка молекула има четири най-близки съседи, разположени в върховете на правилния тетраедър. През 1933 г. J. Bernal и P. Fauler предполагат, че такава мрежа съществува в течна вода. Тъй като водата е по-плътна от лед, те вярват, че молекулите в него са разположени не както в лед, т.е. като силициеви атоми в минералните тридиита и като силициеви атоми в по-плътна модификация на силициев кварц. Увеличаването на плътността на водата, когато се нагрява от 0 до 4с, е обяснено чрез присъствието при ниска температура на тридимитния компонент. Така моделът на Бернал Фаулър запазва елемента на две структура, но основното им постижение е идеята за непрекъсната тетраедирична мрежа. Тогава се появи известният афоризъм на i.nongmur: "океан - един голяма молекула". Прекомерната спецификация на модела не добави поддръжници на обединената теория на мрежата.
Само през 1951 г. J. Popped създаде модел на непрекъсната мрежа, която не е толкова специфична, колкото моделът Bernal Fauler. Papped представя вода като произволна тетраедрална мрежа, връзките между молекулите, в които се извиват и имат различни дължини. Моделът на населението обяснява запечатването на вода при разтопяването на отхвърлянето на връзките. Когато първите дефиниции на лед II и IX се появиха през 60-те години, стана ясно как кривината на връзките може да доведе до уплътняваща структура. Моделът не може да обясни не-монотонността на зависимостта на свойствата на водата от температурата и налягането като добри като моделите на две държави. Затова много учени споделят идеята за две държави за дълго време.
Но през втората половина на 20-ти век е невъзможно да бъдем толкова фантастични за състава и структурата на хидролитите, както и в началото на века. Вече беше известно как са подредени лед и кристалохидратите и много знаеше за водородна връзка. В допълнение към непрекъснатите модели (модела наводнение), настъпиха две групи смесени модели: клъстер и клатрат. В първата група водата се появява под формата на клъстери от молекули, свързани с водородни връзки, които плават в морето от молекули, в такива връзки на неучастващи. Моделите на втората група считат вода като непрекъсната мрежа (обикновено в този контекст, наречени рамки) водородни облигации, които съдържат празнота; Те съдържат молекули, които не образуват връзки с молекули на рамката. Не е трудно да се изберат такива свойства и концентрации на две микрофази на клъстерни модели или рамкови свойства и степента на пълнене на своите кухини на моделите на клатрат, за да се обясни всички свойства на водата, включително известните аномалии.
Сред клъстераните модели, моделът Г. Стома и Х. Шерахи се оказаха най-ярките: Те предложиха от тях снимки, изобразяващи клъстери на свързани молекули, които плават в море от несвързани молекули, влязоха много монографии.
Първият модел на тип клалат през 1946 г. е предложен от О. Яамилов: мрежата на водородните облигации се запазва във вода, чиито кухини са частично запълнени с мономерни молекули. Л. Полша през 1959 г. създава друг вариант, който предполага, че основата на структурата може да бъде окото на отношенията, присъщи на някои кристалохидрати.
През втората половина на 60-те и началото на 70-те години се наблюдава сближаването на всички тези възгледи. Изглеждат се варианти на клъстерни модели, в които и в двете микрофази на молекулата са свързани чрез водородни връзки. Поддръжниците на клатратните модели започнаха да образуват образуването на водородни връзки между празни и рамкови молекули. Това е, всъщност авторите на тези модели разглеждат водата като непрекъсната мрежа от водородни облигации. И ние говорим за това колко хетерогенна тази решетка (например чрез плътност). Представленията на водата като водородните клъстери, плаващи в морето, лишено от облигации на водни молекули, тя е поставена в началото на осемдесетте, когато G.Stenley приложи към водния модел на перколация, описваща фазовите преходи на вода.
През 1999 г. известният руски изследовател на вода S.V. Зенин защити в Института по медицински и биологични проблеми на Руската академия на науките, посветена на теорията на клъстера, която е значителен етап в насърчаването на тази посока на научните изследвания, чиято сложност е засилена от факта, че те са на кръстовището от три науки: физици, химия и биология. IM въз основа на данните, получени от три физико-химични методи: Рефрактометрия (S.V. Zenin, B. Taiglov, 1994), високоефективна течна хроматография (S.V. Zenin et al., 1998) и протон магнитен резонанс (S.V. Zenin, 1993) Геометричният модел на основното стабилно структурно образуване на водни молекули (структурирана вода) е конструиран и доказан, а след това (S.V. Zenin, 2004) се получава изображение с микроскоп от контраст на тези структури.
Сега науката доказа, че характеристиките на физическите свойства на водата и многобройните късоглед на водородните връзки между съседните атоми на водород и кислород във водната молекула създават благоприятни възможности за формиране на специални структури-сътрудници (клъстери), които се възприемат и предаване на най-различната информация.
Структурната единица на такава вода е клъстер, състоящ се от клатрати, чийто естество се дължи на дългите кулонови сили. В структурата на клъстерите се кодира информация за взаимодействията, настъпили с тези водни молекули. Във водните клъстери, поради взаимодействието между ковалентните и водородните връзки между кислородните атоми и атомите на водород, протонната миграция (Н +) може да настъпи съгласно релея механизъм, водещ до делекализацията на протона в клъстера.
Вода, състояща се от различни клъстери различни видове, образува йерархична пространствена течна кристална структура, която може да възприема и съхранява огромни количества информация.
На фигура (v.l. начини), схемите на няколко прости клъстерни структури са показани като пример.
Някои възможни структури на водните клъстери
Информационни носители могат да бъдат физически полета Най-вариращата природа. Тя е така установена възможността за взаимодействие на дистанционната информация на течната кристална структура на водата с предмети от различни природа с помощта на електромагнитни, акустични и други полета. Човек може да бъде засегнат обект.
Водата е източник на ултра-срамежлив и слаба променлива електромагнитна радиация. Най-малко хаотични електромагнитно излъчване Създава структурирана вода. В този случай може да настъпи индукцията на съответното електромагнитно поле, като променя структурните информационни характеристики на биологичните обекти.
През последните години бяха получени важни данни за свойствата на свръхколадната вода. Много е интересно да се изследва водата при ниски температури, защото може да се запази по-силни от другите течности. Водната кристализация, като правило, започва на някои хетерогенни или на стените на съда или върху плаващи частици твърди примеси. Ето защо не е лесно да се намери температурата, при която ще бъде разхлабена свръхколадната вода. Но сега учените успяха да направят това и сега температурата на така наречената хомогенна нуклеация, когато образуването на ледени кристали е едновременно входен обем, известен за натиск до 0,3 GPA, т.е. улавяне на областта на ледното съществуване II.
От атмосферното налягане до границата, разделяща лед I и II, тази температура спада от 231 до 13 k, а след това леко се увеличава до 190 хиляди. Под тази критична температура течната вода не е възможна по принцип.
Структура на леда (рисунка вдясно)
Въпреки това, една мистерия е свързана с тази температура. В средата на осемдесетте се открива нова модификация на аморфната лед-партида Висока плътност и тя помогна за съживяването на идеите за водата като смес от две държави. Не са разглеждани кристалните структури като прототипи, а структурите на аморфна плътност на лед. В най-преднамерената форма, тази концепция е формулирана от напр. Ponyatovsky и v.v. Sinitin, който през 1999 г. пише: "Водата се счита за редовно решение на два компонента, локалните конфигурации, в които съответстват на близкия ред на аморфни модификации на лед". Освен това изучаването на съседния ред в свръхколадната вода при методи за високо налягане на неутронна дифракция, учените успяха да намерят компоненти, съответстващи на тези структури.
Вследствие на полиморфизмът на аморфния лед също е предположенията за снопката вода в два неуспешни компонента при температури под хипотетичната критична с ниска температура. За съжаление, според оценката на изследователите, тази температура при налягане от 0.017 GPA е 230k под температурата на нуклеация, така че спазвайте пакета от течна вода на всеки друг. Така съвестта на модела на две състояния е доставила въпроса за хетерогенността на мрежата на водородните облигации в течна вода. Можете само да разберете тази нехомогенност компютърна симулация.
Говорейки за кристалната структура на водата, трябва да се отбележи, че 14 модификации на лед, Повечето от които не са намерени в природата, в която водните молекули и запазват своята индивидуалност и са свързани чрез водородни връзки. От друга страна, има много варианти на мрежата на водородните облигации в клатрат хидрати. Енергията на тези мрежи (високо налягане лед и клатрат хидрати) не е много по-висока от енергиите на кубичния и шестоъгълен лед. Следователно, фрагментите от такива структури също могат да се появят в течна вода. Можете да конструирате безброй различни непериодични фрагменти, молекулите, в които четири най-близкия съсед са разположени приблизително по върховете на тетраедрон, но тяхната структура не съответства на структурите на известни модификации на лед. Както е показано от многобройни изчисления, енергията на взаимодействието на молекулите в такива фрагменти ще бъде близо един до друг и няма причина да се каже, че някаква структура трябва да надделее в течна вода.
Структурните проучвания на вода могат да бъдат изследвани по различни методи; Например, дифракцията на рентгенови лъчи и неутронни вход е изследвана многократно. Въпреки това, подробна информация за структурата на тези експерименти няма да даде. Нехомогенност, различаващи се по плътност, може да се види разсейването на рентгенови лъчи и неутрони при ниски ъгли, но такива нехомогенности трябва да бъдат големи, състоящи се от стотици водни молекули. Би било възможно да ги видим и да проучим разсейването на светлината. Въпреки това, водата е изключително прозрачна течност. Единственият резултат от дифракционните експерименти на радиалната функция на разпределение, т.е. разстоянията между атомите на кислород, водород и кислород-водород. Може да се види, че няма ред на далечни разстояния в местоположението на водните молекули. Тези водни функции избледняват много по-бързо, отколкото за повечето други течности. Например, разпределението на разстоянията между кислородните атоми при температура близо до помещението, само три максимална стойност дава 2.8, 4.5 и 6.7. Първият максимум съответства на разстоянието до най-близките съседи и неговата стойност е приблизително равна на дължината на водородната връзка. Вторият максимум е близо до средната дължина на края на тетраедрон: припомнете, че водните молекули в шестоъгълния лед са разположени по протежение на върховете на тетраедрона, описани около централната молекула. А третият максимум, изразен много слабо, съответства на разстоянието до трети и по-далечни съседи по водородната мрежа. Този максимум не е много роден, а за по-нататъшни върхове и говорят. Имаше опити да се получи по-подробна информация от тези разпределения. И така, през 1969 г., I.S.ANRIANOV и I.Z. Fisher намери разстоянието до осмия съсед, докато се оказа равен на петия съсед и до шесто 3.1. Това ви позволява да правите данни в далечната среда на водните молекули.
Друг метод за изучаване на структурата - неутронна дифракция върху водните кристали се извършва точно както и рентгенова дифракция. Въпреки това, поради факта, че дължината на неутронно разсейването се различава в различни атома, не е толкова силна, методът на изоморфно заместване става неприемливо. На практика тя обикновено се експлоатира с кристал, в който молекулната структура вече е приблизително установена с други методи. След това за този кристал се измерват интензитетите на неутрон дифракцията. За тези резултати се извършва трансформация на Фурие, по време на която се използват измерените неутронни интензивност и фази, изчислени със счетоводството на негенерични атоми, т.е. Кислородни атоми, чиято позиция в модела на структурата е известна. След това, при получената Фурие-карта, водород и деутериеви атоми са представени с много по-големи тегла, отколкото на картата на електронна плътност, защото Приносът на тези атоми в неутронно разпръскване е много голям. На тази плътност е възможно, например, за да се определят позициите на водородните атоми (отрицателна плътност) и деутерий (положителна плътност).
Възможно е разнообразие от този метод, което е, че кристалът, образуван във вода, се поддържа, за да се поддържа в тежка вода. В този случай неутронната дифракция не само ви позволява да се установите, когато се намират водородни атоми, но също така идентифицират тези от тях, които могат да обменят на деутерий, което е особено важно при изучаването на изотоп (H-D) -amen. Тази информация помага да се потвърди коректността на създаването на структурата.
Други методи също позволяват динамиката на водните молекули. Това са експерименти върху квази-еластичното разсейване на неутроните, ултрафаст IR спектроскопия, дифузия на водата с NMR или белязани деутериеви атоми. Методът на NMR спектроскопия се основава на факта, че ядрото на водородния атом има магнитен момент, взаимодействащ с магнитни полета, постоянни и променливи. Според NMR спектъра, той може да бъде съден, в който се намират тези атоми и ядра, като по този начин се получава информация за структурата на молекулата.
В резултат на експерименти върху квази-еластичното разсейване на неутроните във водните кристали, най-важният параметърен коефициент на самохифузия се измерва при различни налягания и температури. За да се прецени коефициентът на саморазпределение върху квази-еластичното разпръскване на неутрони, е необходимо да се направи предположение за естеството на движението на молекулите. Ако се движат в съответствие с модела Ya.i. Frenelkel (известни вътрешни физика-теористики, автор на "кинетичната теория на течностите" - класическа книга, преведена от много езика), наричана още модел "късмет", Тогава времето на стратифицирания живот (време между скокове) молекулите е 3.2 picoseconds. Най-новите методи Femtosecond лазерна спектроскопия ни позволи да оценим живота на разкъсания водородния телекомуникации: Протонът се изисква 200 FS, за да намери партньор. Всичко това е средно. Възможно е да се проучат детайлите на структурата и естеството на движението на водните молекули само с помощта на компютърно моделиране, понякога наричан цифровия експеримент.
Това е, което структурата на водата прилича на резултатите от компютърната симулация (съгласно D.Kh.n.g.g. Malenkova). Общата непостоянна структура може да бъде разделена на два вида зони (показани от тъмни и светлинни топки), които се различават по тяхната структура, например чрез обема на мултитвърдата (а), степента на тетраедричността на най-близката среда ( б), стойността на потенциалната енергия (Ь), както и наличието на четири водородни връзки във всяка молекула (g). Тези райони обаче буквално са в момент, след няколко пикосекунди, променят местоположението си.
Моделирането се извършва така. Структурата на лед се взема и се загрява до топене. След известно време, така че водата да забрави за кристалния произход, незабавни микрографии се отстраняват.
За да се анализира структурата на водата, са избрани три параметъра:
- степен на отклонение на местната среда на молекулата от върховете на правилния тетраедър;
--Поотенциална енергия на молекулите;
- така наречената многоцветна увенчана.
За да изградите този полихед, вземете ръба от тази молекула до най-близката, разделете я наполовина и равнината, перпендикулярна на ръба, се извършва през тази точка. Оказва се обема на молекула. Обемът на полихедрон е плътност, тетраедство степента на изкривяване на водородните връзки, енергията на стабилността на конфигурацията на молекулите. Молекулите с близки стойности на всеки от тези параметри се стремят да групират заедно в отделни клъстери. Зони, както ниска, така и висока плътност различни стойности Енергия, но може да има същите стойности. Експериментите показват, че областите различна сграда Клъстерите възникват спонтанно и спонтанно се разпадат. Цялата структура на водата живее и непрекъснато се променя и времето, за което се случват тези промени, е много малка. Изследователите следваха движенията на молекулите и установиха, че правят неправилни трептения с честота около 0,5 PS и амплитуда от 1 Angstrom. Имаше и рядко бавни скокове на ангстоли, които последни picoseconds. Като цяло, за 30 PS молекула могат да се сменят 8-10 ангст. Животът на местната среда също е малък. Областите, съставени от молекули със затворени стойности на обема на увенчания Velerer, могат да бъдат пълни с 0,5 PS, а няколко пикосекунди могат да живеят. Но разпределението на живота на водородните облигации е много голямо. Но този път не надвишава 40 PS и средната стойност на няколко PS.
В заключение трябва да се подчертае това теорията за изграждането на капчица има много клопки. Например, Zenin приема, че основната структурен елемент Воден клъстер от 57 молекули, образувани чрез сливане на четири додекадедра. Те имат общи части и техните центрове формират правилния тетраедър. Фактът, че водните молекули могат да бъдат разположени върху върховете на петоъгълния додекаедър, той е известен дълго време; Такъв додекаедър е основата на газовите хидрати. Следователно, нищо изненадващо в предположението за съществуването на такива структури във вода не е, въпреки че вече е казано, че нито една специфична структура не може да бъде преобладаваща и да съществува за дълго време. Ето защо е странно, че този елемент трябва да е най-важното и че включва точно 57 молекули. От топките, например, могат да бъдат събрани толкова структури, които се състоят от додекадедра, прилежащи помежду си и съдържат 200 молекули. Zenin твърди, че процесът на триизмерна водна полимеризация спира при 57 молекули. По-големи сътрудници, по негово мнение, не трябва да бъдат. Въпреки това, ако е така, кристалите на шестоъгълния лед не могат да бъдат утаяни от водните пари, които съдържат огромен брой молекули, свързани с водородните връзки. Всичко изобщо не е ясно защо растежът на клъстера на Зенин спря на 57 молекули. За да се измъкне от противоречията, Zenin и пакетите в по-сложни оформяне, от почти хиляда молекули, и изходните клъстери не се образуват помежду си с различни водородни връзки. Защо? Какви молекули на повърхността им се различават от вътрешните? Според Zenin, моделът на хидроксилни групи по повърхността на ромбоHedra и осигурява паметта на водата. Следователно, водните молекули в тези големи комплекси са плътно фиксирани, а самите комплекси са твърди тела. Такава вода няма да тече, а температурата на топене, която е свързана с молекулното тегло, трябва да бъде много висока.
Какви свойства на водата обяснява модела на Zenin? Тъй като моделът се основава на тетраедрични сгради, тя може да бъде запазена до известна степен с данните за рентгеновата и неутрона дифракция. Въпреки това е малко вероятно моделът да може да обясни намаляването на плътността, когато топенето на додекадрата е по-малко плътно от леда. Но най-трудното нещо е в съответствие с динамичните свойства на течността, голяма стойност на коефициента на самостоятелно дифузия, ниските часове на корелация и диелектричната релаксация, която се измерва с пикосекунди.
K.H.N. O.V. Мосаин
Литературен списък:
G.g. Маленков. Успехи на физическата химия, 2001
S.V. Zhenin, b. Polanuer, B.V. Тапери. Експериментално доказателство за наличието на водни фракции. J. Хомеопатична медицина и акупунктура. 1997.№2. ° С.42-46.
S.V. Zenin, B.V. Тапери. Хидрофобски модел на структурата на съдружниците на водните молекули. J. FIZ. Химия .994.68.№4.636-641.
S.V. Проучване на Zenin на структурата на водите чрез протонен магнитен резонанс. Dokl.ru.1993.t.332.№3.328-329.
S.V. Zhenin, B.V. Ttyaglov. Естеството на хидрофобното взаимодействие. Появата на ориентационни полета във водни разтвори. J. Fiz. Химикали. 1994.08.№3.600-503.
S.V. Zenin, B.V. ТЯГлов, Б.Сергеев, Z.A. Шабарова. Изследването на интрамолекулни взаимодействия в нуклеотидеадидите по метода на NMR. Материали на 2-ри Union Conf. Динамично. Стереохимия. Odessa.1975.2053.
S.V. Zenin. Структурирано състояние на водата като основа за управление на поведението и безопасността на живите системи. Теза. Доктор на биологичните науки. Държавен научен център "Институт по медицински и биологични проблеми" (IMTS "ISBP"). Защитена 1999. 05. 27. UDC 577.32: 57.089.001.66.207 г.
В и. Slicer. Доклад за изпълнението на научните изследвания