Гідросфера
Молекули води, маючи значний дипольний момент, можуть взаємодіяти одна з одною, утворюючи так звані водневі зв’язки. Однак у фазі пари вода в основному одномолекулярна: атоми водню і кисню зв’язані ковалентно. У рідкому і твердому станах кожна молекула утворює чотири водневі зв’язки, з яких два — як донор протонів (Н+1) і два — як акцептор протонів. Усі чотири водневі зв’язки молекули води спрямовано (рис. 7) приблизно до вершин правильного тетраедра (або перехресних кутів протилежних граней куба).
Рис. 7. Структурна схема міжатомного зв’язку кисню і водню води
Таблиця 2
ПАРАМЕТРИ ВОДИ (ХІМІЧНО ЧИСТОЇ)
Назва | Позначення і одиниці | Розмір |
Температура кипіння | Ткип, | 373 (100) |
Температура плавлення | Тпл, | 273 (0) |
Температура критична | Tкрит, | 647 (374) |
Тиск критичний | Ркрит, МРа (атм) | 22,06 (220) |
Густина критична | dкрит. kg/m3 | 322 |
Ентальпія плавлення | ΔНпл. kJ/mol3 | 6 |
Ентальпія сублімації льоду за 273 К | ΔНcубл. kJ/mol | 51 |
Ентальпія випаровування | ΔНвип
|
|
за 273 … 293 К |
| 44,63 |
за 373 К |
| 40,66 |
Густина льоду (тверда фаза) | ρтв. kg/m3 | 917 |
Густина води (рідина) за 293 К (20°С) | ρрід. kg/m3 | 998 |
Густина max 281 К (4°С) | — " — | 1000 |
Густина пари за 393 К (20°С) | ρпар. kg/m3 | 1,12 |
Теплоємність води за 293 К (20°С) |
| 75,34 |
Вода (пара) за 373 К (100°С) | — " — | 36,64 |
Теплопровідність льоду за 273 К (°С) | MW / (m · K) | 2,346 |
Рідини за 293 К (°С) | — " — | 598 |
Електроопір: за 293 К (20°С) | ρ, Ω · m | 18,9 · 10–6 |
Отже, структура льоду — це тривимірна сітка, подібна до структури алмазу. Збільшення густини за плавлення льоду і нагрівання води до + 4°С пояснюють зменшенням стабільності структури водневих зв’язків і їхнім викривленням. Отже, зі зменшенням міжатомної відстані Н—О—Н густина збільшується, але дальший нагрів послаблює міжатомні зв’язки, що знижує густину.
Однак такого популярного уявлення про міжатомні й міжмолекулярні зв’язки у воді замало для наукового пояснення унікального комплексу її властивостей (табл. 2).
Зі шкільного курсу хімії нам відомо, що вода в процесі електролізу розкладається на водень і кисень. Це пояснюється дисоціацією частини іонів води з утворенням протилежно заряджених іонів: Н2О → Н+1 + ОН–1. Звернімо увагу, що іон Н+1 являє собою протон.
То