Физические свойства н2о и строение ее молекул

При комнатных условиях чистая вода – жидкость без запаха и вкуса. Температура кипения Н₂О (при р=101,325 кПа) равна 100^оС, температура замерзания 0^оС. В тонком слое вода бесцветна, однако при толщине более двух метров приобретает голубоватый оттенок. Вода является хорошим растворителем для многих веществ, поэтому чистой Н₂О в природе нет. Она всегда содержит многочисленные примеси растворенных веществ. Для очистки от них воду доводят до кипения, а образовавшиеся при этом водяные пары путем охлаждения вновь конденсируют в жидкость. Этот процесс называют «перегонкой», а получившуюся Н₂О – дистиллированной водой.

Молекулы Н₂О состоят из двух атомов водорода Н и одного атома кислорода О, соединенных между собой ковалентными полярными связями. На атоме О, как на более электроотрицательном, сосредоточен частичный отрицательный заряд |δ^–| < 1, а на атомах Н – частичный положительный заряд |δ⁺| < 1. Молекула Н₂О имеет угловую форму. Атомы водорода, связанные одинарными δ-связями с атомами кислорода, образуют угол, равный 104,5^о (рис. 16). Он несколько отличается от тетраэдрического (109^о28′), хотя атом О в молекуле Н₂О находится в состоянии sp³-гибридизации. Отклонение угла связи от тетраэдрического связано с взаимным отталкиванием двух неподеленных электронных пар, находящихся на гибридных орбиталях атома кислорода.

Рис. 16. Схема образования молекулы Н₂О

Вследствие своего строения молекула Н₂О обладает значительным дипольным моментом (рис. 17) и является сильнополярной. В связи с этим вода имеет большую диэлектрическую проницаемость и в ее среде значительно уменьшаются (приблизительно в 80 раз) кулоновские силы взаимодействия между электрическими зарядами. Это приводит к тому, что прочность связей в ионной кристаллической решетке, а также между полярными молекулами твердых и жидких веществ и между атомами в самих этих молекулах тоже понижается ≈ в 80 раз.

-

≠ 0

Рис. 17. Дипольный момент молекулы Н₂О

Благодаря этому свойству, вода хорошо растворяет вещества, образованные ионными и ковалентными полярными связями, вызывая при этом электролитическую диссоциацию электролитов и реакции гидролитического разложения веществ.

Вода по сравнению с другими водородными соединениями элементов IVA – VIIA групп (HCl, H₂S, CH₄, HF, NH₃) имеет аномально высокие температуры кипения и плавления, обладает высокой теплоемкостью и удельной теплотой испарения.

Эти свойства воды объясняются способностью ее молекул образовывать друг с другом прочные водородные связи. Причем одна молекула Н₂О может образовать водородные связи с четырьмя другими молекулами воды. Это создает возможность построения сложной трехмерной пространственной структуры из ассоциированных молекул Н₂О, в которой имеется много пустот. Благодаря этому плотность льда меньше плотности жидкой воды, т.к. в последнем случае вследствие теплового движения происходит частичное разрушение водородных связей и образовавшиеся свободные молекулы воды могут заполнять имеющиеся полости, увеличивая тем самым плотность жидкости.

Водородные связи молекулы Н₂О могут образовывать не только между собой, но и с полярными функциональными группами органических веществ: спиртов, аминов, карбоновых кислот, различных гетеро- и полифункциональных соединений, способствуя тем самым их растворению.

Таким образом, вода является универсальным растворителем и способна растворять в себе как многочисленные неорганические, так и органические соединения.