Диполь воды это: ДИПОЛЬ | это… Что такое ДИПОЛЬ?

Свойства молекулы воды

Вода, встречающаяся на Земле, возникла при дегазации магмы. Она может выделяться биохимическим путем при минерализации органических веществ, а также в процессах фотосинтеза и окислительно-восстановительных реакций. Вода состоит из молекул, в которых оба атома водорода соединены с одним атомом кислорода ковалентной связью и находятся в углах 104°27′. (Рисунок. Строение молекулы, Образование диполя)

Рисунок. Строение молекулы.

Рисунок. Образование диполя.

Благодаря высокому, по сравнению с водородом (+1), заряду ядра кислорода (+8) электроны притягиваются к ЯДРУ атома О сильнее, чем к ядрам атома Н (молекулярная теория): центры масс зарядов не совпадают между собой, молекула представляет собой постоянный диполь, который может взаимодействовать с носителями положительных и отрицательных зарядов.

Диполи молекул воды могут соединяться между собой водородными связями, на разрыв которых (диссоциацию) требуется затратить около 20 — 42 ккал/моль (энтальпия диссоциации). Молекулы воды могут неструктурированно объединяться в кластеры (жидкая вода) или образовывать тетраэдрические или кольцевидные кристаллические структуры льда (Рисунок. Агрегатные состояния воды). При 0 — 4 °С кластеры состоят приблизительно из 90 молекул, при 70 °С — из 25 молекул, постоянно объединяющихся и распадающихся.

Рисунок. Водородные связи.

Благодаря кластерам теоретическая точка плавления воды повышается от — 100 °С до 0 °С, а точка кипения — от — 70 °С до + 100 °С, вследствие чего в температурных условиях земной поверхности вода находится в жидком, а не в газообразном агрегатном состоянии.

Рисунок. Агрегатные состояния воды.

Жидкая вода используется живыми существами как средство транспортирования тепла и питательных веществ в кровеносных сосудах животных и в капиллярах растений; она образует водную среду обитания. Подобно тому как концентрация СО2 в водоемах часто является ограничивающим фактором, так и вода определяет земную био производительность. Вследствие своего дипольного характера вода является универсальным растворителем для многих групп веществ. Растворительная способность воды зависит от ее способности диссоциировать:

2О ⇔ Н3О+ 4- ОН (амфолит).

Концентрация ионов гидроксония (Н3O+) и, соответственно, гидроксил-ионов (ОН) показывает, насколько кислый или щелочной раствор. Если Н2O отдает протоны, например:

Н2О + NH3 ⇔ NH4+ + ОН,

то она вступает в химическую реакцию как кислота (донор протонов), а если принимает протоны, например

Н2О + НСI ⇔ Н3О+ + СI,

то как акцептор протонов; если молекула может реагировать и как кислота, и как основание, ее называют амфотерной.

Оксиды неметаллов образуют с водой кислоты, например

SO2 + Н2О ⇔ 2Н+ + SO32-

(проблема — SO2,).

отдельные оксиды металлов — щелочи, например

СаО + Н2О ⇔ Са2+ + 2ОН.

Соли металлов, диссоциируя, разлагаются, а как соли слабых кислот и щелочей разделяются при гидролизе, например:

Na2CO3 + Н2О ⇔ 2Na+ + НСО3 + ОН.

Рисунок. Растворы: ионный кристалл, Газы.

Вода может внедрять я в кристаллическую решетку (образование гидратов).

Таблица. Растворимость газов в Н2O.

Газы

Растворимость при

О °С

10 °С

20 °C

Воздух

 

 

 

(78%) N2

22,4

1745

14,2

(20,1%) О2

14,5

11,1

8,9

(0,03%) СО2

1,0

0,7

0,51

Азот (N2)

28,8

22,6

18,6

Кислород (О2)

69,5

53,7

43,3

Диоксид углерода (СО2)

3350

2320

1690

Аммиак (NH3)

1000

690

540

Сероводород(H2S)

7100

5300

4000

Хлор (Cl2)

14 600

9700

7000

Озон (О3)

1360

1100

7700

Вода очень хорошо растворяет полярные вещества, например соли (гидрофильное действие), чаще с образованием ионов, неполярные — хуже или как жиры, не растворяет совсем (гидрофобное действие). Растворимость газов, химических не реагирующих с водой, зависит от температуры и давления (Таблица. Растворимость газов в Н2O (мг/л)), например в озере содержание кислорода изменяется сверху вниз. В непроточных стоячих водоемах большую роль играет аномалия плотности (Рисунок. Аномалия плотности).

Рисунок. Аномалия плотности.

При 4 °С вода имеет наибольшую плотность, при более низкой температуре плотность уменьшается. Наиболее холодный слой (0 — 4 °С) воды находится у ее поверхности, где при дальнейшем охлаждении образуется лед, который плавает благодаря еще меньшей плотности кристаллической решетки (Рисунок. Агрегатные состояния воды).

Замерзание сверху вниз позволяет рыбам в достаточно глубоких озерах выжить в нижних слоях воды. Плотность воды зависит также от содержания солей и давления. Так, в более плотной соленой воде планктон имеет лучшие условия для пребывания во взвешенном состоянии, чем в бедной ионами воде олиготрофных озер. У воды большая удельная теплоемкость: 4,187 кДж • К-1 • кг-1; это означает, что необходимо затратить 4,187 кДж, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 °К 1 °С) при нормальном давлении. Теплота плавления льда составляет 333,7 кДж/кг, теплота испарения воды — 2255 кДж/кг; она высвобождается как тепло конденсации при сжижении водяного пара. Благодаря высокой теплоемкости вода может накапливать большие количества тепла и в сравнении с сушей представляет собой относительно более стабильную среду обитания.

У воды высокая вязкость и поверхностное натяжение, зависящие от температуры и давления.

Вязкость противодействует движению в воде, поддерживает планктон во взвешенном состоянии. Поверхностное натяжение возникает благодаря силам когезии, действующим на молекулы воды на границе раздела с воздухом (нейстон), возникает так называемая поверхностная пленка. Важным свойством воды для биоценозов водоемов является прозрачность воды.

Поделиться:

«Как эль.магнитным полем разложить воду?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

ФизикаВода

Павел Кудалин

  ·

154

ОтветитьУточнить

Лилия Старнова

Профессия и хобби совпадают-это физика. Люблю готовить, читать книги по философии…  · 16 мар

Молекула воды представляет из себя диполь с энергией диссоциацией 484 кДж/моль. То есть, чтобы «растащить» молекулы воды на кислород и водород надо затратить эту энергию. Это можно сделать с помощью электролиза, но энергозатраты на получение водорода не окупают выгоды от использования полученного водорода в качестве источника тепла в экоэнергетике с учётом его теплоты горения. Более перспективным способом получения водорода из воды является получение его с помощью электрического поля. Суть этого способа заключается в приложении пластин электродов к сосуду с водой в результате чего образуется кондесатор с электролитом ввиде молекул жидкой воды. Далее на электроды подаётся высоковольтное выпрямленное напряжение импульсной формы с n-модой колебаний ,близкой к собственной резонансной (или кратной ей) частоте молекулы воды. В процессе электромагнитного резонансного взаимодействия с диполями(молекулами) воды происходит «раскачка» амплитуды собственных колебаний диполей воды и за короткое время достигается потенциал поля способного разрушить эти диполи на исходные элементы-водород и кислород.

Павел Кудалин

19 марта

Мир произошёл, с неограниченной матерьяльной базой, из 2-х частиц, а теперь КПД свыше 100% стало невозможным.

Комментировать ответ…Комментировать…

Лилия Старнова

Профессия и хобби совпадают-это физика. Люблю готовить, читать книги по философии…  · 6 июл

Молекула воды представляет из себя диполь с энергией диссоциацией 484 кДж/моль. То есть, чтобы «растащить» молекулы воды на кислород и водород надо затратить эту энергию. Это можно сделать с помощью электролиза, но энергозатраты на получение водорода не окупают выгоды от использования полученного водорода в качестве источника тепла в экоэнергетике с учётом его теплоты. .. Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Федор Р.

63

Бауманец. Веду курсы компьютерной диагностики.
Дополнительно проходил обучение: лектор-меж…  · 4 апр

В теории это хорошая идея, только (на мой взгляд) трудновыполнимая на практике. Не будем вдаваться в дебри квантовой теории, попробуем разобраться в проблеме «на пальцах». Два атома Н и один атом О объединяются в молекулу Н2О за счёт своих электронных оболочек. Разрушить эту связь можно путем приложением внешней энергии. Например электромагнитным полем.  Но при их… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

межмолекулярных сил

межмолекулярных сил

Межмолекулярные силы

Введение.


Введение

Вода — единственное вещество, с которым мы обычно сталкиваемся в твердом, жидком,
и газ. При низких температурах это твердое тело, в котором отдельные молекулы
замыкаются в жесткой структуре. При повышении температуры средняя
кинетическая энергия молекул увеличивается, что увеличивает скорость, с которой
эти молекулы движутся.

Молекула воды движется тремя способами: (1) вибрация, (2)
вращение и (3) перенос. Молекулы воды колеблются , когда связи Н-О растягиваются или изгибаются. Вращение включает в себя движение молекулы вокруг ее центра тяжести. Перевод буквально означает переход из одного места в другое. Поэтому он описывает
движение молекул в пространстве.

Чтобы понять эффект этого движения, нам нужно различать внутримолекулярные и межмолекулярные связи. Ковалентные связи между атомами водорода и кислорода в воде
молекулы называются внутримолекулярными связями . (Приставка интра — происходит от латинской основы, означающей «внутри или внутри». Таким образом, интрамуральный
команды спортивных матчей из одного и того же учреждения.) Связи между соседними
молекулы воды во льду называются межмолекулярными связями , от латинского корня, означающего «между». (Этот гораздо более распространенный префикс
используется в таких словах, как интерфейс , межвузовский и международный .)

Внутримолекулярные связи , которые удерживают вместе атомы в молекулах H 2 O, почти в 25 раз прочнее, чем межмолекулярных связей между молекулами воды. (Для разрыва связей Н-О требуется 464 кДж/моль.
внутри молекулы воды и всего 19 кДж/моль для разрыва связей между водой
молекул.)

Все три режима движения разрушают связи между молекулами воды. В качестве
система становится теплее, тепловая энергия молекул воды со временем
становится слишком большим, чтобы позволить этим молекулам быть запертыми в жесткой структуре
льда. В этот момент твердое тело плавится, образуя жидкость, в которой межмолекулярные
связи постоянно разрываются и восстанавливаются, когда молекулы движутся через
жидкость. В конце концов, тепловая энергия молекул воды становится такой
велики, что они движутся слишком быстро, чтобы образовать межмолекулярные связи, и жидкая
кипит, образуя газ, в котором каждая частица движется более или менее беспорядочно через
пространство.

Таким образом, разница между твердыми телами и жидкостями или жидкостями и газами заключается в
на основе конкуренции между прочностью межмолекулярных связей и
тепловая энергия системы. При данной температуре вещества,
содержат прочные межмолекулярные связи, скорее всего, являются твердыми телами. Для
Учитывая прочность межмолекулярных связей, чем выше температура, тем больше
вероятно, вещество будет газом.

Кинетическая теория предполагает отсутствие силы притяжения между
частицы в газе. Если бы это предположение было верным, газы никогда бы не
конденсируются с образованием жидкостей и твердых тел при низких температурах. В 1873 году голландцы
физик Йоханнес ван дер Ваальс вывел уравнение, которое не только включало
силы притяжения между частицами газа, но и с поправкой на
тот факт, что объем этих частиц составляет значительную долю
общий объем газа при высоких давлениях.

Уравнение Ван-дер-Ваальса сегодня используется для лучшего соответствия экспериментальным
данные о реальных газах, чем можно получить с помощью уравнения идеального газа. Но
это не было целью ван дер Ваальса. Он пытался разработать модель, которая
объяснил бы поведение жидкостей, включив термины, отражающие
размер атомов или молекул в жидкости и прочность
связи между этими атомами или молекулами. Слабые межмолекулярные связи в
поэтому жидкости и твердые тела часто называют силы Ван-дер-Ваальса . Эти силы можно разделить на три категории: (1) диполь-диполь,
(2) диполь, индуцированный диполем, и (3) диполь, индуцированный диполем.


Силы диполя-диполя

Многие молекулы содержат связи, находящиеся между крайними ионными и
ковалентные связи. Разница между электроотрицательностями атомов
в этих молекулах достаточно велик, чтобы электроны не были разделены поровну,
и все же достаточно малы, чтобы электроны не притягивались исключительно к одному
атомов с образованием положительных и отрицательных ионов. Связи в этих молекулах
говорят, что полярные , потому что у них есть положительные и отрицательные концы, или полюса, и молекулы
часто говорят, что они имеют дипольный момент .

молекул HCl, например, имеют дипольный момент, потому что атом водорода
имеет небольшой положительный заряд, а атом хлора — небольшой отрицательный
обвинение. Из-за силы притяжения между противоположно заряженными частицами
существует небольшая диполь-дипольная сила притяжения между соседними HCl
молекулы.

Диполь-дипольное взаимодействие в HCl относительно слабое; всего 3,3 кДж/моль.
(Ковалентные связи между атомами водорода и хлора в HCl равны 130
раз сильнее.) Сила притяжения между молекулами HCl настолько мала
что хлористый водород кипит при -85,0 o C.


Дипольные силы, индуцированные диполем

Что произойдет, если мы смешаем HCl с аргоном, у которого нет дипольного момента?
Электроны на атоме аргона равномерно распределены вокруг
ядро атома. Но эти электроны находятся в постоянном движении. Когда
атом аргона приближается к полярной молекуле HCl, электроны могут сдвигаться
к одной стороне ядра, чтобы создать очень маленький дипольный момент, который длится
только на мгновение.

Искажая распределение электронов вокруг атома аргона, полярный
Молекула HCl индуцирует небольшой дипольный момент на этом атоме, который создает
слабая дипольно-индуцированная дипольная сила притяжения между молекулой HCl
и атом Ar. Эта сила очень слабая, с энергией связи около 1
кДж/моль.


Индуцированные дипольные силы

Ни диполь-дипольные, ни дипольно-индуцированные силы не могут объяснить тот факт, что
гелий становится жидкостью при температуре ниже 4,2 К. Сам по себе гелий
атом совершенно симметричен. Но движение электронов вокруг
ядра пары соседних атомов гелия могут синхронизироваться так,
что каждый атом одновременно получает индуцированный дипольный момент.

Эти флуктуации электронной плотности происходят постоянно, создавая индуцированный
дипольно-индуцированная дипольная сила притяжения между парами атомов. Как мог бы
Как и следовало ожидать, эта сила относительно слаба в гелии — всего 0,076 кДж/моль.
Но атомы или молекулы становятся более поляризуемыми по мере того, как они становятся больше, потому что
есть больше электронов, которые нужно поляризовать. Утверждается, что первичный
сила притяжения между молекулами в твердом I 2 и в замороженном CCl 4 — индуцированное дипольным дипольным притяжением.


Домашняя страница справки по общей химии

Тематический обзор Gen Chem


Полный молекулярный дипольный момент для жидкой воды

  • Губская Анна Васильевна
  • ;

  • Кусалик, Питер Г.
Аннотация

Для молекулы воды диполь — это первый ненулевой мультипольный момент; он представляет полярность молекулы и широко используется для описания поведения сольватации. В литературе сообщается о довольно широком диапазоне теоретически определенных значений полного молекулярного дипольного момента воды в конденсированных фазах. В этой статье описывается способ, с помощью которого средний полный дипольный момент молекулы воды в жидком состоянии может быть связан с экспериментальными данными показателя преломления. Используемый подход среднего поля включает три компонента. Разработана формальная структура, которая связывает температурную зависимость эффективной молекулярной поляризуемости со средним локальным электрическим полем, испытываемым молекулой жидкой воды в выбранном диапазоне температур. Также необходима характеристика распределений локальных полей и градиентов поля, и это было определено на основе компьютерного моделирования проб жидкой воды при нескольких различных температурах для двух стандартных потенциалов воды. Последний компонент, свойства электрического отклика молекулы воды (включая нелинейные вклады вплоть до четвертого порядка), был определен из расчетов ab initio для молекул газовой и жидкой фаз и описан в другом месте [A. Губская В., Кусалик П.Г. // Мол. физ. 99, 1107 (2001)]. Путем объединения этих трех компонентов температурная зависимость среднего локального электрического поля и, следовательно, среднего полного дипольного момента извлекается из данных для показателя преломления жидкой воды. Почти 10-процентное изменение дипольного момента в зависимости от температуры наблюдается в диапазоне от 273 до 373 К. Значение, полученное для молекулярного дипольного момента при 300 К, 2,95 ± 0,2 Д, прекрасно согласуется с недавно опубликованным результатом, извлеченным из x -данные рассеяния лучей, а также некоторые недавние теоретические предсказания.

Публикация:

Журнал химической физики

Дата публикации:
сентябрь 2002 г.
DOI:

10.1063/1.1501122

Биб-код:

2002JChPh.117.5290G

Ключевые слова:
  • Дипольные моменты;
  • Жидкости;
  • Рефракция;
  • раствор;
  • Вода;
  • Рассеяние рентгеновских лучей;
  • 33.