Полярность молекулы воды: Почему молекула воды полярная — Все о воде

Полярность — молекула — вода

Cтраница 3

На положение таких центров оказывают влияние в основном величина зарядов и равномерность их распределения. Именно полярностью молекул воды в основном можно объяснить способность ее растворять многие вещества.
 [32]

Благодаря этой полярности молекулы воды стремятся сблизиться; возникающие между ними притяжения называют водородными связями.
 [33]

Согласно этим представлениям на ионы диссоциируют молекулы с ионной и полярной химической связью. Диссоциация обусловлена полярностью молекул воды. В целом молекула воды не заряжена.
 [34]

Принцип действия микроволновой печи заключается в использовании воды, содержащейся в самой пище В печи магнетроном ( I) испускаются микроволны. Микроволны, проникая в пищу, вследствие полярности молекул воды ( 2), вызывают ихвращение. Вращение молекул приводит к выделению энергии из-за силы трения, возникающей между молекулами воды и частицами пищи, Лечь хорошо изолирована 3 для предотвращения утечки микроволн. Вращающаяся тарелка ( 4J и лопасти ( 5), распределяющие микроволны, обеспечивают равномерное приготовление продуктов. Для рассеивания горячего воздуха, исходящего от пищи и магнетрона, служит вентилялюр ( 6), нагнетающий холодный воздух.
 [35]

Силы связи этой воды с поверхностью обусловлены поверхностной энергией твердого тела и полярностью молекул воды. Эта вода не растворяет солей, не передает гидростатического давления, не замерзает и не движется.
 [36]

Такие воздействия вследствие теплового движения частиц не сохраняются постоянными во времени, но постоянно меняются по интенсивности и по знаку. Под действием внешнего электрического поля ( создаваемого, например, соседним ионом) полярность молекул воды может существенно изменяться, в частности возрастать. Происходит дополнительная поляризация молекул.
 [37]

По экспериментальным определе-нйям дйг1ол — ьный момент молекул воды равен 1.86 D, что доказывает их высокую полярность. Под действием внешнего электрического поля ( создаваемого, например, соседним ионом) указанная полярность молекул воды может существенно изменяться, в частности, возрастать. Происходит дополнительная поляризация молекул.
 [39]

Объяснение представленных данных основано на следующих моментах. Во-первых, скорость нуклеации / на ионах ( любого знака) в определенных условиях превосходит величину / в паровой смеси без ионов. Во-вторых, в силу полярности молекул воды, на поверхности капель-зародышей, вне зависимости от знака их заряда Qs, образуется двойной электрический слой с внешним поверхностным отрицательным зарядом. И, в третьих можно показать, что при одинаковых напряжениях отрицательный коронный разряд характеризуется большей концентрацией ионов, чем положительный. Сам эффект электрической конденсации объясняется первым из указанных моментов ( ср. Взаимное же расположение кривых 1 и 2 связано с двумя другими процессами, действующими в одну сторону.
 [40]

Кислород является очень сильным электроотрицательным элементом и поэтому электроны, принадлежащие атомам водорода, смещены в молекуле воды к атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают положительный заряд, а атом кислорода — отрицательный. Такие молекулы, у которых в одной части сконцентрирован отрицательный заряд, а в другой — положительный, называются полярными. Однако полярность молекул воды не является основной причиной их ассоциации.
 [42]

Ввиду широкой распространенности воды в природе вопрос о ее воздействии на прочность твердых тел имеет большое практическое значение. Молекула воды состоит из ядра атома кислорода, двух протЬнов и десяти электронов. Две вершины тетраэдра ( в которых находятся протоны) несут положительный заряд, а двум другим вершинам можно приписать отрицательный заряд. Ковалентная связь О — Н весьма прочна, ее энергия равна 109 ккал / моль. Исключительная полярность молекулы воды и наличие двух положительных водородных ионов ( протонов) Н объясняет многочисленные аномалии в поведении воды и ее способность к образованию довольно прочных соединений с другими полярными молекулами. Вследствие того, что у иона Н отсутствует электронная оболочка ( и потому его размеры в тысячи раз меньше, чем у всех остальных ионов), он притягивается электронами других молекул и может внедряться-в их электронные оболочки. Таким образом, водородная связь ослабляет связи, присутствующие в твердом теле; поэтому вода всегда уменьшает прочность твердых тел и способствует их разрушению. Энергия водородной связи для полярных молекул равна примерно 6 — 12 ккал / моль.
 [43]

Согласно современным представлениям, жидкая вода имеет постоянно изменяющуюся систему водородных связей между отдельными молекулами. Кислород — водородная связь очень полярна, и поэтому между отдельными молекулами спирта становится возможным образование водородной связи. Однако эта водородная связь не может образовываться в трех направлениях от одной молекулы, как это имеет место в молекуле воды ( фиг. Поэтому молекулы спирта связаны друг с другом не так прочно, как молекулы воды. И хотя молекулы спирта довольно полярны, их полярность меньше полярности молекул воды.
 [44]

Страницы:  

   1

   2

   3

Лекція 6

Тема:
Традиційні і нетрадиційні методи
усунення твердості води.

Рис.
1. Схематическое изображение молекулы
воды

Современной
науке известно несколько моделей, с
помощью которых можно разрешить многие
аномальные свойства воды. Считается,
что некоторые свойства определяются
количеством ассоциаций молекул мономеров
(Н₂О)₁,
димеров (Н₂О)₂
и тримеров (Н₂О)₃,
которые преимущественно присутствуют
в воде при различных температурах.

Рис.
2. Мерцающие кластеры воды

Так, при температуре
около 0 в воде присутствуют в основном
тримеры, при температуре около 4°С —
димеры, а в газообразном состоянии вода
содержит главным образом мономеры.
Иногда эти ассоциации называют
тригидролями.
Некоторые ученые
предлагают рассматривать воду как
совокупность ассоциаций молекул, включая
при этом в каждую ассоциацию от одной
до восьми молекул. Другие считают, что
структура воды представляет собой
пространственное «кружево», образованное
различными «мерцающими кластерами»
(рис.1.8). Третьи предлагают исследовать
свойства воды с учетом особенностей
строения ее молекулы, которые, в свою
очередь, определяются особенностями
составляющих молекулу воды элементов.
В соответствии с современными
представлениями, молекула воды похожа
на маленький магнит.
Почему в воде
присутствуют растворенные вещества?
Датский
ученый Н. Бьеррум в 1951 г. предложил модель
молекулы воды с точечным распределением
зарядов. В соответствии с современными
представлениями, молекула воды
представляет собой тетраэдр (или
пирамиду, рис. 1.9), в середине которого
размещен центр молекулы, а в углах —
электрические заряды.

Рис.
3. Схема молекулы воды в виде тетраэдра

Два положительных
заряда соответствуют двум атомам
водорода, каж­дый из которых «предоставил»
свои электроны атому кислорода, и т
отрицательных заряда, соответствующих
«непарным» электронам кислорода. Таким
образом, молекула воды представляет
собой диполь, один из полюсов которого
имеет положительный заряд, а другой —
отрицательный. Полюсы диполя разнесены
на некоторое расстояние, поэтому в
электростатическом поле диполь воды
разворачивается вдоль линий напряженности
электрического поля. Если электростатическое
поле образовано отрицательно заряженным
ионом, то диполь воды разворачивается
к этому иону своим положительным полюсом,
и наоборот. Свойства воды как растворителя
во многом определяются поляризованным
строением ее молекулы. Высокая полярность
молекул является причиной активности
воды при химических взаимодействиях,
при растворении в ней солей, кислот и
оснований, т. е. при образовании
электролитов. Вода способна растворять
многие вещества, создавая с ними
однородные физико-химические системы
переменного состава. Растворенные в
природных водах соли находятся в ионном
состоянии, т. е. подвергнуты электролитической
диссоциации.

Наиболее полно
изучены свойства воды, благодаря которым
возникла жизнь. Эти свойства сделали
возможным существование живой природы
в том диапазоне температур, который
характерен для Земли как космического
тела.
Какие же это свойства?

Плотность воды

Одно из важнейших
свойств воды — ее плотность. Максимальную
плотность пресная вода имеет при 4 °С.
При этой температуре один килограмм
воды занимает минимальный объем (рис.
1.2). При понижении температуры от 4 °С до
0 плотность уменьшается, т. е. вода с
температурой 4°С находится внизу, а
более холодная поднимается наверх, где
и замерзает, превращаясь в лед.

Рис. 4. Объем,
занимае­мый 1 кг воды при различных
температурах

Плотность обычного
льда — твердой кристаллической фазы
воды — меньше плотности воды, поэтому
лед плавает на поверхности,
предохраняя
воду от дальнейшего охлаждения. Он
выступает в роли ледяной «шубы»,
защищающей пресноводный объект от
полного промерзания. Таким образом
формируются условия для жизни обитате­лей
водоемов при низких температурах.
В
морской воде растворено значительное
количество солей, и она ведет себя при
охлаждении совершенно по-другому.
Температура ее замерзания зависит от
солесодержания, но в среднем составляет
— 1,9°С. Максимальная плотность такой
воды — при температуре -3,5°С. Морская
вода превращается в лед, не достигая
максимальной плотности. Поэтому
происходит вертикальное перемешивание
морской воды при ее охлаждении от
плюсовой температуры до температуры
замерзания. Благодаря такой циркуляции
нижние горизонты океана обогащаются
кислородом, а в верхние слои из нижних
поступает вода, богатая питательными
веществами. Необходимо отметить, что
как морской, так и пресный лед легче
воды и плавает на ее поверхности,
предохраняя глубинные слои воды в морях
и океанах от непосредственного контакта
с холодными массами воздуха и способствуя
тем самым сохранению тепла. В то же время
искусственно при высоком давлении были
получены разные модификации льда. Одни
из них тяжелее воды, другие плавятся и,
следовательно, замерзают при высокой
температуре. Это так называемый «горячий
лед». Поэтому всем нам повезло не только
с наличием на Земле воды и солнечной
радиации, но и с величиной атмосферного
давления. Иначе вся Земля могла бы
оказаться скованной ледяным панцирем.

Термодинамические
константы воды

Вода имеет особенные,
аномальные свойства. В первую очередь
это касается таких термодинамических
констант, как теплоемкость воды, теплота
парообразования, скрытая теплота
плавления льда. Аномальаный характер
этих величин определяет большинство
физико-химических и биологических
процессов на Земле.

Удельная теплоемкость
воды составляет 4,1868 кДж/(кг-К), что почти
вдвое превышает удельную теплоемкость
таких веществ, как этиловый спирт
(2,847), растительное масло (2,091), парафин
(2,911) и многие другие. А это значит, что
при нагревании на одинаковое количество
градусов вода способна воспринять почти
вдвое больше тепла, чем перечисленные
жидкости. Но и при остывании вода отдает
больше тепла, чем другие жидкости.
Поэтому при нагревании вод Мирового
океана под воздействием солнечных лучей
и их остывании при отсутствии энергии
солнечной радиации теплоемкость
выступает как свойство, обеспечивающее
минимальные колебания температуры воды
днем и ночью, летом и зимой.
Аномально
высокое значение имеет теплота
парообразования воды. Эта величина
более чем вдвое превышает теплоту
парообразования этанола, серной кислоты,
анилина, ацетона и других веществ.
Поэтому даже в самое жаркое время вода
испаряется крайне медленно, что
способствует ее сохранению и, следовательно,
сохранению жизни на Земле.

Высокое значение
скрытой теплоты плавления льда также
обеспечивает стабильность температурного
режима на планете.
Одно из интересных
свойств воды заключается в том, что ее
наименьшая теплоемкость приходится на
температуру 37 °С, а это значит, что при
данной температуре необходимы минимальные
энергетические затраты для ее изменения.
Наверное, поэтому температура тела
теплокровных существ близка к этому
значению.

Вода имеет аномально
высокие значения и других констант.
Вещества, образованные соединением
водорода со стоящими в одном ряду
периодической таблицы кислородом,
серой, селеном, теллуром, называются
гидридами. Гидрид кислорода называется
водой. Необычность свойств гидрида
кислорода, по сравнению со свойствами
других гидридов, заключается в том, что,
в отличие от них, вода в обычных условиях
(при нормальном давлении и температуре
от 0 до 100 °С) находится в жидком состоянии,
а не в газообразном.

На рис. 5 представлены
точки кипения и замерзания гидридов.

Если бы вода не
обладала аномальными значениями
температуры кипения и замерзания, то
эти процессы происходили бы при
значительно более низких отрицательных
температурах, и вода в жидком виде
присутствовала бы на более холодных
планетах. И следовательно, жизни на
Земле не было бы.

Сила поверхностного
натяжения воды

Есть и другие
особые свойства воды, которые позволяют
назвать ее поистине удивительнейшим
соединением. Речь идет о поверхностном
натяжении жидкости. Силы взаимодействия
молекул, составляющих воду, притягивают
их друг к другу, и разорвать эту связь
не так просто. Большинству людей известен
школьный опыт, когда осторожно положенная
в блюдце с водой иголка плавает на
поверхности. Многие видели интереснейший
фокус, когда в полный стакан воды опускают
значительное количество монет и вода,
не переливаясь через край, поднимается
небольшим куполом. Наконец, известна
библейская легенда о том, как Христос
шел по воде. Все эти явления и легенды
связаны с большим поверхностным
натяжением воды.

Полярность воды – Почему вода полярна?

Учебники

• 13 сентября 2022 г.
• Сообщение от
  Эндрю Дао

12
Июль

Основные понятия

Вода является одним из самых распространенных веществ на Земле, покрывая 71% ее поверхности. В этом уроке вы узнаете о полярности воды и о том, как она определяет некоторые из наиболее важных свойств воды.

Темы, освещенные в других статьях

• Что такое полярная ковалентная связь?
• Полярные и неполярные связи и молекулы
• Что такое электроотрицательность?
• Теория ВСЕПР
• Что такое растворенное вещество? Растворитель против растворенного вещества с примерами

Что означает для молекулы быть полярной?

По определению полярная молекула имеет частично положительный конец и частично отрицательный конец. Молекула достигает этого за счет неравномерного распределения электронов между ее атомами. То есть электроны собираются ближе к одному атому, чем к другому, что делает один атом немного более отрицательным, чем другой. Более того, эти атомы также должны быть расположены таким образом, чтобы их частичные заряды не компенсировали друг друга.

Фторид водорода представляет собой полярную молекулу с H в качестве частично положительного конца и F в качестве частично отрицательного конца. Газообразный азот является неполярной молекулой

Является ли вода полярной?

Как указано выше, чтобы быть полярной, молекула должна иметь полярные ковалентные связи и быть асимметричной.

Имеет ли вода полярные ковалентные связи?

Электроотрицательность кислорода 3,5, а электроотрицательность водорода 2,1, что делает разницу в электроотрицательности между ними 1,4. Атомы в полярных ковалентных связях обычно имеют разницу в электроотрицательности от 0,4 до 1,7. Таким образом, связи O–H в молекулах воды, где конец O частично отрицательный, а конец H частично положительный, представляют собой полярные ковалентные связи.

Молекула воды с диполями связи и частичными зарядами. Обратите внимание, что O несет частичный отрицательный заряд, а H — частичный положительный заряд.

Является ли вода асимметричной?

Атом кислорода в молекуле воды связан с 2 атомами водорода и 2 неподеленными парами, что дает ему стерическое число 4. Согласно теории VSEPR, стерическое число 4 означает, что электронная геометрия воды является тетраэдрической. Более того, поскольку это стерическое число включает 2 неподеленные пары, молекулярная геометрия воды искривлена. Изогнутая структура придает молекуле воды асимметрию.

Трехмерная модель молекулы воды с неподеленными парами и валентным углом.

В заключение,

вода является полярной , потому что она имеет полярные ковалентные связи и является асимметричной.

Вода полярная!

Что получается из-за полярности воды?

Вода как универсальный растворитель

Вспомним золотое правило растворимости: подобное растворяется в подобном. Поэтому вода как полярный растворитель легко растворяет полярные растворенные вещества. Он растворяется следующим образом: частично положительные атомы водорода воды прикрепляются к отрицательно заряженным атомам растворенного вещества, в то время как частично отрицательный кислород воды притягивает положительно заряженные атомы растворенного вещества. При этом вода диссоциирует ковалентные или ионные связи растворенного вещества, отделяя атомы растворенного вещества друг от друга.

Водорастворимая поваренная соль (NaCl). Красные шарики — это атомы O, а синие — атомы H.

Однако вода не может растворять неполярные растворенные вещества, такие как масло или воск (вспомните золотое правило ), что делает ее название «универсальным растворителем» немного обманчивым.

Водородная связь

Полярность воды позволяет ей образовывать водородные связи, более сильную версию обычной диполь-дипольной межмолекулярной силы (и НЕ тип ковалентной или ионной связи, как следует из названия). Водородная связь возникает между частично положительным атомом H (обычно связанным с атомом N, O или F) одной молекулы и частично отрицательным атомом (обычно N, O или F) другой молекулы. В случае воды водородная связь возникает между атомом Н одной молекулы воды и атомом О другой молекулы воды.

Водородная связь обеспечивает когезию воды, адгезию и высокую температуру кипения.

Водородная связь между молекулами воды

Когезия

Когезия относится к притяжению между молекулами одного типа. Другими словами, молекулы с сильными силами сцепления любят прилипать друг к другу. Благодаря своей способности образовывать прочные водородные связи вода является одной из таких молекул.

Капли воды являются результатом сильных сил сцепления воды

Молекулы воды любят прилипать друг к другу, и такая липкость (то есть силы сцепления) вызывает поверхностное натяжение воды. Поверхностное натяжение — это способность поверхности жидкости сопротивляться внешней силе, ведя себя как эластичная пленка. В случае воды ее поверхностное натяжение позволяет мелким насекомым перемещаться по ней без необходимости плавать или плавать, как водомерка, изображенная ниже.

Водомерка

Адгезия

Адгезия относится к притяжению между молекулами разных типов. Полярность воды позволяет ей прилипать к другим полярным молекулам. Таким образом, чем полярнее молекула, тем лучше к ней будет прилипать вода.

Адгезионные и когезионные силы воды позволяют воде выполнять капиллярное действие. При капиллярном действии вода течет через узкое пространство без помощи или даже против силы тяжести. Это важно, потому что многие процессы в повседневной жизни основаны на капиллярном действии. Капиллярное действие помогает воде достигать корней некоторых растений. Капиллярное действие позволяет бумажным полотенцам и губкам впитывать воду. Кроме того, некоторые научные методы, такие как тонкослойная хроматография, используют капиллярное действие.

Бумажная хроматография в действии

Дополнительная литература

• Удобный элемент Водород
• Кислород: самый универсальный элемент
• K _sp – Константа произведения растворимости
• Что такое хроматография?
• Что такое раствор в химии?

2.

11: Вода – полярность воды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Безграничный
• Безграничный

Цели обучения

• Описать действия, происходящие из-за полярности воды

Одним из важных свойств воды является то, что она состоит из полярных молекул. Два атома водорода и один атом кислорода в молекулах воды (H ₂ О) образуют полярные ковалентные связи. В то время как у молекулы воды нет чистого заряда, полярность воды создает слегка положительный заряд на водороде и слегка отрицательный заряд на кислороде, способствуя свойствам притяжения воды. Заряды воды образуются из-за того, что кислород более электроотрицательный или любит электроны, чем водород. Таким образом, более вероятно, что общий электрон будет найден вблизи ядра кислорода, чем ядра водорода. Поскольку вода является нелинейной или изогнутой молекулой, разница в электроотрицательности между атомами кислорода и водорода создает частичный отрицательный заряд вблизи кислорода и частичные положительные заряды вблизи обоих атомов водорода.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Неполярные молекулы: масло и вода не смешиваются. Как видно из этого макроизображения нефти и воды, нефть не растворяется в воде, а вместо этого образует капли. Это связано с тем, что это неполярное соединение.

В результате полярности воды каждая молекула воды притягивает другие молекулы воды из-за противоположных зарядов между ними, образуя водородные связи. Вода также притягивает или притягивается к другим полярным молекулам и ионам, включая многие биомолекулы, такие как сахара, нуклеиновые кислоты и некоторые аминокислоты. Полярное вещество, которое легко взаимодействует с водой или растворяется в ней, называется гидрофильным (гидро- = «вода»; -фильный = «любящий»). Напротив, неполярные молекулы, такие как масла и жиры, плохо взаимодействуют с водой, как показано на рис. . Эти неполярные соединения называются гидрофобными (гидро- = «вода»; -фоб = «боязнь»).

Интерактивный элемент

Водородные связи : Этот интерактивный элемент показывает взаимодействие водородных связей между молекулами воды.

Ключевые моменты

• Разница в электроотрицательности между атомами кислорода и водорода создает на атомах частичные отрицательный и положительный заряд соответственно.
• Молекулы воды притягиваются или притягиваются к другим полярным молекулам.
• Молекулы, которые не растворяются в воде, известны как гидрофобные (боящиеся воды) молекулы.

Ключевые термины

• гидрофильный : имеющий сродство к воде; способный впитывать или смачиваться водой
• гидрофобный : не имеет сродства к воде; не впитывает воду или не смачивается водой
• полярность : Межмолекулярные силы между слегка положительно заряженным концом одной молекулы и отрицательным концом другой или той же молекулы.