ні електрони, що утворюють електронне хмара. Число електронів в кожній оболонці для атома кожного елемента суворо визначений. Так, у атома водню лише одна оболонка з єдиним електроном, а у атома кисню дві оболонки: внутрішня з двома електронами і зовнішня з шістьма.
Два атома водню заміщають вакансію двох відсутніх (до восьми) електронів зовнішньої оболонки для її стійкості. Можна було б припускати, що атом кисню і два атоми водню в молекулі води утворюють біля центрального атома кисню кут, близький до 180 В°. Проте насправді він значно менше - Всього 104 В° 27 '(рис.1.2), що призводить до неповної компенсації внутрішньомолекулярних сил, надлишок яких обумовлює асиметрію розподілу зарядів, що створює полярність молекули води. Ця полярність у води, більш значна, ніж у інших речовин, обумовлює її дипольний момент і діелектричну проникність. Остання біля води дуже велика і визначає інтенсивність розчинення водою різних речовин. При 0 В° С діелектрична проникність води (у твердій фазі) становить 74,6; з підвищенням температури вона падає. p> Так, при 20 В° С діелектрична проникність води дорівнює 81. Що це означає? Це значить, що два протилежних електричних заряду у воді взаємно притягуються з силою, рівною ~ 1/80 їх взаємодії в повітрі, і що відділення іонів від кристалів-якої солі у воді в 80 разів легше, ніж у повітрі. p> Численні схеми будівлі молекули води є гіпотетичними, побудованими на непрямих спостереженнях приладами деяких ознак поведінки і властивостей молекул і атомів. При цьому слід пам'ятати, що ні атоми, ні молекули не мають чітких меж через невизначеність як форми, так і точних розмірів орбіт, по яких рухаються електрони, що утворюють по суті справи електронне хмара, залежне від енергетичного стану електрона. Останнє може бути спокійним або збудженим, що залежить, зокрема, і від температури. Звідси різнобій у значеннях обчислених радіусів, а також схематичність гіпотетичних моделей атомів і молекул.
2. Структура води в трьох її агрегатних станах
Проблема оцінки структури води поки залишається однією з найскладніших. Розглянемо коротко дві узагальнені гіпотези про структуру води, що отримали найбільше визнання, одна - В початковий період розвитку вчення про структуру води, інша - в даний час.
Згідно гіпотезі, запропонованої Уайтінга (1883г.) і має до теперішнього часу різні інтерпретації, основною будівельною одиницею водяної пари є молекула H 2 O, звана гідроліт, або моногідроль. Основний будівельної одиницею води є подвійна молекула води (H 2 O) 2 -дігідроль; лід ж полягає з потрійних молекул (H 2 O) 3 - трігідроль. На цих уявленнях заснована так звана гідрольная теорія структури води.
Водяний пар, відповідно до цієї теорії, складається із зібрання найпростіших молекул моногідроля і їх асоціацій, а також з незначної кількості молекул дігідроля.
Вода в рідкому вигляді являє собою суміш молекул моногідроля, дігідроля і трігідроля. Співвідношення числа цих молекул у воді різна і залежить від температури. Відповідно до цієї гіпотези, співвідношення кількості молекул води і пояснює одну з основних її аномалій - найбільшу щільність води при 4 В° С.
У табл.1.1 показаний молекулярний склад води, льоду і водяної пари по різних літературними джерелами.
Так як молекула води несиметрична, то центри ваги позитивних і негативних зарядів її не збігаються. Молекули мають два полюси - позитивний і негативний, що створюють, як магніт, молекулярні силові поля. Такі молекули називають полярними, або диполями, а кількісну характеристику полярності визначають електричним моментом диполя, висловлюваним твором відстані l між електричними центрами тяжкості позитивних і негативних зарядів молекули на заряд e в абсолютних електростатичних одиницях:
В
Для води дипольний момент дуже високий: p = 6,13 В· +10 -29 Кл В· м. Полярністю молекул моногідроля і пояснюється утворення дігідроля і трігідроля. Разом з тим, так як власні швидкості молекул зростають з підвищенням температури, цим можна пояснити поступовий розпад трігідроля в дігідроль і далі в моногідроль відповідно при таненні льоду, нагріванні і кипінні води.
Інша гіпотеза будови води, що розроблялася в XX столітті (моделі О.Я.Самойлова, Дж.Попла, Г.Н.Зацепіной та ін), заснована на уявленні, що лід, вода і водяна пара складаються з молекул H 2 O, об'єднаних у групи за допомогою так званих водневих зв'язків (Дж.Бернал і Р. Фаулер, 1933р.). Ці зв'язки виникають в результаті взаємодії атомів водню однієї молекули з атомом кисню сусідньої молекули (з сильно електронегативним елементом). Така особливість водневого обміну в молекулі води обумовлюється тим, що, віддаючи свій єдиний електрон на освіта ковалентного зв'язку з киснем (див. рис.1.3), він залишається у вигляді ядра, майже позбавленого електронної оболонки. ...
