Как построена молекула воды?

Как построена одна молекула воды, теперь известно очень точно. Она построена вот так:

Хорошо изучено и измерено расположение ядер атомов водорода и кислоро-да и расстояние между ними. Оказалось, что молекула воды нелинейна. Вместе с электронными оболочками атомов молекулу воды, если на нее взглянуть “сбоку”, можно было бы изобразить вот так:

а если взглянуть “сверху” – со стороны атома кислорода, то так:

т.е геометрически взаимное расположение зарядов в молекуле воды можно изобразить в виде простого тетраэдра.

Такое строение ведет к возникновению необычайно сильного взаимного притяжения молекул воды друг к другу: каждая молекула воды может обра-зовать четыре одинаковые водородные связи с другими молекулами воды.

Все молекулы воды с любым изотопным составом построены совершенно одинаково.

Как построена молекула льда?

Никаких особых молекул льда нет. Молекулы воды благодаря своему замечательному строению соединены в куски льда друг с другом так, что каждая из них связана и окружена четырьмя другими молекулами. Это приводит к возникновению очень рыхлой структуре льда, в которой остается очень много свободного объема. Правильное кристаллическое строение льда выражается в изумительном изяществе снежинок и в красоте морозных узо-ров на замерзших оконных стеклах.

При какой температуре вода должна кипеть?

Этот вопрос, конечно, странен. Ведь вода кипит при ста градусах. Это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды при давлении в одну атмосферу и выбрано в качестве опорной точки температурной шкалы, условно обозначенной

Однако вопрос поставлен иначе: при какой температуре вода должна кипеть? Ведь температуры кипения различных веществ не случайны. Они зависят от положения элементов, входящих в состав их молекул, в переоди-ческой системе Менделеева.

Чем меньше атомный номер элемента, чем меньше его атомный вес, тем ниже температура кипения его соединений. Вода по химическому свойству может быть названа гидридом кислорода. - химические аналоги воды. Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидритов в других группах периоди-ческой системы, то можно довольно точно определить температуру кипения любого гидрита, так же как и любого другого соединения.

Если же определить температуру кипения гидрита кислорода по положе-нию его в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при ниже нуля. Следовательно, вода кипит приблизительно на сто восемьде-сят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения воды – это наиболее обычное ее свойство – оказывается необычайным и удивительным.

При какой температуре вода замерзает?

Не правда ли, вопрос не менее странен, чем предыдущий? Ну кто не знает, что вода замерзает при нуле градусов? Это вторая опорная точка термометра. Это самое обычное свойство воды. Но ведь и в этом случае можно спросить, при какой температуре вода должна замерзать в соответствии со своей хими-ческой природой. Оказывается, гидрид кислорода на основании его положе-ния в таблице Менделеева должен был бы затвердевать при ста градусах ниже нуля.

Вода на самом деле удивительное вещество. Ее, пожалуй, даже можно назвать непослушным веществом. Она не подчиняется многим физико – химическим закономерностям, справедливым для других соединений, пото-му что взаимодействие ее молекул необычайно велико и требует особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть дополнительное притяжение. Это и приводит к такому неожиданному и резкому повышению температур ее кипения и плавления.

Сколько существует газообразных состояний воды?

Только одно – пар.

Сколько существует жидких состояний воды?

На такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно – привычная нам всем жидкая вода. Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой, простой, казалось бы не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода– единственное в мире вещество, которое после плавления сначала сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться. Эту ред-костную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необыкновен-ного состава: это раствор воды в воде.

При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды. Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разру-шаются, и поэтому плотность воды снова падает. Если это верно, то возмож-ны несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда – нибудь это сделать.

Что должно быть легче – вода или лед?

Кто же этого не знает… Ведь лед плавает на воде. В океане плавают гиганские айсберги. Озера зимой покрываются плавающим сплошным слоем льда. Конечно, лед легче воды.

Но почему “конечно”? Разве это так ясно? Наоборот, объем всех твердых тел при плавлении увеличивается, и они тонут в своем собственном раство-ре. А вот лед плавает в воде. Это свойство воды – аномалия в природе, исключение, и притом совершенно замечательное исключение.

Сколько существует льдов?

В природе, на нашей Земле – один: обычный лед. Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Из этого голубовато – зеленого камня сложены на Земле не только горы и колоссальные ледники, им покрыты целые материки. Лед – горная порода с необычайными свлйствами. Он твердый, но течет, как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. Лед – изменчив – он непрерывно исче-зает и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долговечен.

Что нужно, чтобы лед растаял?

Очень много тепла. Гораздо больше, чем для плавления такого же колли-чества любого другого вещества. Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления – 80 калорий на грамм льда – так же аномальное свойст-во воды. При замерзании воды такое же колличество тепла снова выделяется.

Когда наступает зима, образуется лед, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревая землю и воздух. Они противостоят холоду и суровой зиме, и жестоким морозам. Именно благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.

Сколько тепла нужно, чтобы лед растаял?

Очень много. Больше чем для нагревания равного колличества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения.