Составители:
Рубрика:
Рисунок 3.1
Образование молекулы воды обусловлено появлением ковалентной связи между атомами
водорода и кислорода. Эта химическая связь, осуществляемая электронами разных подуровней,
определяет форму молекулы.
Распределение электронной плотности s-электронов обладает сферической симметрией (3, 4
на рис. 3.1), в то время как для p-электронов это распределение характеризуется симметрией,
соответствующей телу вращения, имеющего в сечении вид восьмерки (1, 2 на рис. 3.1).
Максимальное проникновение электронных оболочек s- и p-электронов будет осуществляться при их
взаимном расположении, представленном на рис. 3.1. Находящиеся в первой оболочке (1s
2
) s-
электроны тесно связаны с ядром кислорода; они движутся вокруг ядра, практически экранируя весь
его заряд, и не участвуют в образовании молекулярных связей; 1s
1
-электроны атомов водорода и 2p
2
-
электроны атомов кислорода участвуют в химической связи. Остальные четыре электрона атома
кислорода попарно движутся по двум вытянутым орбитам, расположенным в плоскости, проходящей
через ядро кислорода перпендикулярно плоскости HOH, не участвуют в образовании химической
связи и носят название неподеленные пары электронов. Так как в данном случае ковалентная связь
связывает два разных по электроотрицательности атома, H и O, то электронное облако смещено к
ядру кислорода, поэтому молекула воды является полярной и имеет постоянный дипольный момент
— см. рис. 3.2, а. В соответствии с этим за электростатическую модель молекулы воды принимают
правильный тетраэдр (см. рис. 3.2, б). Центр тетраэдра находится в центре массы молекулы воды, две
вершины его имеют положительный заряд, а две другие — отрицательный. Два полюса
положительных зарядов обусловлены частично экранированными зарядами протонов, а два
отрицательных полюса создаются значительной электронной плотностью неподеленной пары
электронов. Впервые такая модель была предложена Дж.Д.Берналом и Р.Г.Фаулером. По последним
данным на атомах водорода сосредоточены заряды примерно по +0,3e и -0,6e на неподеленных парах
электронов[51]. Нелинейная форма молекулы воды, а также сильная полярность связи O — H
создают значительный дипольный момент, равный 1,87 Д. Вектор дипольного момента направлен
вдоль прямой, делящей угол между связями O — H на две равные части.
Рисунок 3.2
На свойства воды в любом агрегатном состоянии оказывают влияние не только особенности
строения ее молекулы, но и силы взаимодействия между ними. Межмолекулярные силы
обусловлены как полярностью самих молекул, так и особыми свойствами атомов водорода,
способствующими созданию водородных связей. Появление водородных связей объясняется
способностью атома водорода, ковалентно связанного с атомом кислорода, принимать участие в
создании дополнительных связей (в несколько ккал/моль) с электроотрицательными атомами. Одна
молекула воды в состоянии образовать четыре водородных связи: две от двух неподеленных пар
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- …
- следующая ›
- последняя »
