АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Мал.2.4. Валентні структури, що відповідають водневому зв'язку

Суто електростатичній взаємодії відповідають тільки 1, 2 і 3 структури, що дають енергію 6 ккал/моль. У сумарну энергию водневого зв'язку входить також енергія делокалізації заряду, що пов'язана зі зниженням енергії стосовно структури 1, викликаною гібридизацією з чотирма іншими структурами (ця енергія дорівнює 8,0 ккал/моль). Цим двом взаємодіям перешкоджає відштовхування, енергія якого 8,4 ккал/моль. Крім того, у загальну енергію вносить свій внесок дисперсійна взаємодія з енергією близько 3 ккал/моль. Отримана в такий спосіб енергія водневого зв'язку (6+8–8,4+3=8,6 ккал/моль) близька до екстремальних значень [4].

Електронна структура молекули Н2О визначає умови об'єднання окремих молекул у складну тривимірну конструкцію.

Цей атом може бути як біля «свого» атома кисню в точці 1, так і біля «чужого» у точці 1'. Кожна з молекул Н2О може утворювати ще по три водневих зв'язку, ліва молекула в напрямках 2Н, А і В, права - у напрямках 3Н, 4Н і С.

Виявилося, що електронна структура молекули води дозволяє їй бути одночасно і донором, і акцептором, що робить цю молекулу ідеальним (і, як ми побачимо нижче, єдиним) матеріалом для побудови розгалуженої мережі водневих зв'язків, і в найбільш досконалому вигляді така мережа існує в льоді. Кожний із протонів водню будь-якої молекули води може міцно зв'язуватися з витягнутим неподіленим електроном іншої молекули (при цьому перша молекула виявляється донором, а друга - акцептором) і утворювати новий водневий зв'язок. Два протони плюс два неподілених електрони - отже, кожна молекула Н2О може брати участь у чотирьох водневих зв'язках, одночасно утворених однією молекулою.

 

Мал. 2.5. Димер (Н20)2. Дві молекули Н2О з'єднані водневим зв'язком за допомогою атома водню, позначеного цифрою 1.

 

Кількість водневих зв'язків, утворених однією молекулою, - важлива характеристика будь-якої речовини, але достаток цих зв'язків у молекули Н2О сам по собі ще не може пояснити походження унікальної молекулярної конструкції, що робить воду аномальною рідиною. Вкрай важливо, як ці зв'язки орієнтовані. На мал. 2.5 показано, яким чином дві молекули Н2О поєднуються в комплекс, називаний дімером води (Н2О)2 . У вільному стані такі дімери існують у водяній парі, однак принципові особливості цієї структури зберігаються й у рідкій воді, і в льоді. На схемі вже не показані електронні оболонки, але враховані геометричні особливості електронної структури молекули, завдяки яким площина другої молекули 3 - 4 перпендикулярна площині першої молекули 1-О-2 і нахилена під кутом 58° до лінії О-О, що з'єднує атоми кисню двох молекул. Ця, так звана, лінійна структура води досить добре описує реальний водневий зв'язок молекул Н2О. У даному випадку термін «лінійна» означає, що протон, позначений цифрою

1, знаходиться точно на лінії О-О (насправді цей протон трохи відхиляється від О-О зв'язки, кут 1-О-2 дорівнює 2°). Цей протон має два рівноважних положення - він може знаходитися як поблизу «свого» атома кисню, на відстані приблизно 1 Ангстрем, так і поблизу «чужого» атома на відстані 1,7 Ангстрем від «свого», тобто поряд зі звичайним дімером НО-Н... ОН2 стабільною виявляється також іонна пара НО... Н—ОН2 [4].


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)