Свойства воды: изотопы и молекулярной структуры.


Установить ссылку на эту статью с друзьями:

Свойства воды: изотопы и молекулярной структуры.

Свойства воды 1: общие
Свойства воды 2: физические и химические свойства

изотопный состав воды

Вода представляет собой смесь различных комбинаций изотопов кислорода и водорода, отличающихся друг от друга по числу нейтронов, связанных с протонами в ядре.

1H,2 H (дейтерий)3H (тритий)

16O, 17O,18O.

Изотопные соотношения:

Водород:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

Тритий является нестабильным элементом, его время (период полураспада) составляет 12,5 лет.

Для получения кислорода:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

4 основные молекулярные частицы и их частота выглядит следующим образом:

1H216O = 99,7%

1H218 O = 0,2%

1H217O = 0,04%

1HD16O = 0,03%

D216O = очень низкая

Различные изотопы вызывают различия в физических свойствах молекул, в частности их плотности, но химические свойства остаются неизменными.

Тяжелая вода D2O существует в природе, но очень
низкий. Чтобы быть достаточное количество, вы должны освоить методы разделения изотопов: это было основным вопросом во время последней мировой войны подготовить ядерное оружие.

Изотопный состав химических компонентов из воды используется при оценке термодинамических параметров, таких как температура;
доклад 18 O/16O ледяные полярные шапки и воды из ископаемых водоносных горизонтов для получения информации о прошлом климате.

Испарение воды океана является изотопом фракционирования: более легкий изотоп кислорода испаряется в предпочтении к тяжелым изотопом. Океаны богаче тяжелыми изотопами, чем вода облаков и осадков.

изотопы воды в дождевой воде
Содержание стабильных изотопов в осадках (на основе Blavoux и Letolle, 1995).

изотопы кислорода в кораллах
Изменение содержания изотопов кислорода в кораллах Майотта (согласно Казанова и др., 1994).

Структура молекулы

Атомы водорода и кислорода объединяют свои электроны, чтобы сформировать полный слой, как неон. В самом деле, ему не хватает 2 электронов к атому кислорода, чтобы завершить свой электронный слой, то атомы водорода 2, которые обеспечивают его. Образовавшийся H2O молекула устойчива.

Кислород: 8 8 протоны + нейтроны
Водород: 2 (2 * (1 1 нейтронов протон +))

Всего: протоны 10 10 балансировка нагрузки электронов.

Ядра водорода имеют сторону кислородного, образуя характерную «голову Микки» (водороды - уши).

Молекулярная структура воды

Угол НОН составляет 104,474 ° (характерно для тетраэдрической геометрии). Расстояние между кислородом и водородом находится вблизи 1 ° (А ° 0,95718) в пар. Эффективный диаметр молекулы составляет порядка 2,82 A °.

Электрические заряды неравномерно распределены в этой малой молекулы. Электроны сильнее притягивается к атому кислорода, к которому один водород. Это создает положительные заряды 2 центров вблизи ядер водорода и отрицательных зарядов 2 центров вблизи ядра кислорода. Этот дисбаланс в распределении нагрузок, в сочетании с нелинейной геометрией молекулы воды, характеризуется наличием сильного электрического дипольного момента. Молекула воды полярная; он ведет себя как электрический диполь, который затем может связываться с другими полярными молекулами. Действительно, молекулы воды могут быть вставлены между составными ионами кристалла, направляя их в стороны противоположного электрического заряда. Притяжение ионов кристалла сильно ослаблен и сплоченность кристалла уменьшается, что облегчает его растворение. Полярные свойства молекулы воды объясняют технику нагрева с помощью микроволн. Действительно поляризованная молекула ориентирована относительно электрического поля; если она изменяется, то молекула следует изменению направления. С определенной частотой, несколько ГГц для воды, движения молекул вырабатывают тепло за счет трения. Бытовые печи обычно работают на частоте 2,45 ГГц, что соответствует УВЧ.

3 ядра молекулы не являются неподвижными, они переместить их по отношению друг к другу, молекула вибрирует и крученые нити. В жидкой воде молекулы склонны связывать: связывать Микки головки уха подбородок против водородных связей. Действительно, на периферийных электронов 8 кислород 4 только участвуют в ковалентных связей с атомами водорода. 4 остальные электроны группируются парами 2 называются свободными пары электронов. Каждый дублет отрицательного электрического заряда может сформировать электростатическое связь с атомом водорода положительно заряженного из молекулы соседней воды. Водородные связи стабильна при температуре окружающей среды, тем не менее хрупкими по сравнению с ковалентной связью. В молекуле воды, геометрия, образованный направлением ковалентных связей 2 и 2 пар свободных электронах подобна тетраэдра, центр которого занят ядрами кислорода.

Однако большая структура молекулы воды все еще несовершенно известно. В RX и нейтрояограммах обеспечивают основные значения 2: сигнал, соответствующий 1 А °, расстояние между ядрами водорода и кислорода, а также значение при 2,84 4 ° изменяющееся в зависимости от температуры и согласования расстояние между ядрами кислорода 2. Рентгеновской дифрактометрии также используется, чтобы найти среднее число молекул в единице объема жидкости, находящейся на расстоянии R от данной молекулы. Молекула воды в среднем соседнего 4,4, предлагая четырехгранную сетку. В молекулах присоединения, соединенных водородными связями существуют и другие, не связанные молекулы, которые могут объяснить, почему число соседних молекул несколько выше, чем 4 и 4 не совсем так, как государство введет строгую кристаллическую тетраэдрической. Кристаллическая сеть молекул, соединенных водородными связями образуют полости, которые бы Лодж несвязанных молекул. Другое предположение основано на искажении водородных связей. Последний, первоначально линейный, то есть, с O-HO выровненных атомов, могут изгибаться в разной степени и позволяют более удаленные молекулы, как близкие соседи двигаться ближе к центральной молекулы.



Теоретические модели недавно были разработаны с использованием мощных компьютеров. Они показывают, что около 80% молекул воды участвуют в 3 4 или водородных связей; Тем не менее, они исключают наличие несвязанных молекул. Компьютерное моделирование показывает, что, как, поскольку вода остывает, молекулы сети напоминают все более и более похожи на те из гексагонального льда.

Твердотельный соответствует более строгой кристаллической системы. При обычном давлении, лед имеет гексагональную структуру. При низких температурах (ниже -80 ° C), она может принять кубическую структуру. Электрические заряды могут перемещаться в кристаллической решетке и производят кристаллические дефекты ионного типа: гидратированного протона H3O + и ионов гидроксила ОН-. Кристаллическая решетка льда не соответствует стек как можно более компактным молекул. Слияние, дефекты разрушаются, потому что водородные связи ломаются и молекулы чуть ближе: плотность увеличивается до максимума при 4 ° С После этого, в жидкой воде, повышение температуры отличается молекул и плотность уменьшается.

Подробная информация, ссылки и библиография:

Blavoux Letolle Б. и Р. (1995) - Вклад изотопных методов в познании грунтовых вод. Géochronique, 54, р. 12-15.

Каро П. (1990) - Физические и химические свойства воды. Большая книга воды, Ла-Виллет, р. 183-194.

Eagland Д. (1990) - Структура воды. Исследования, 221, стр. 548-552.

Мейдмент DR (1992) - Справочник по гидрогеологии. The McGraw-Hill Companies.

J. Казанова, Colonna М. и К. Djerroud (1994) - geoprospection - палеоклиматология. Рапп. распиловки. BRGM, р. 76-79.

Источник: http://www.u-picardie.fr/


Facebook комментарии

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *