background image

 

46

7. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ НОН, ЕЁ АТОМОВ О, Н И 

ГРУППЫ ОН. 

Опираясь  на  наши  представления  о  химической  связи  между  атомами,  далее 

будут рассмотрены строение и свойства молекулы воды. 

Молекула НОН. 

Зная  кристаллическое  строение  атома  кислорода  и  химический  состав 

молекулы  воды,  строение  молекулы  воды  устанавливается  легко  и  автоматически. 
К  двум  свободным валентным  диполям  атома  кислорода присоединяются  два  атома 
водорода с помощью электромагнитной диполь-дипольной связи. 

Молекула  НОН  имеет  тетраэдрическое  строение:  два  атома  Н  располагаются 

вблизи  двух  вершин  тетраэдра  кислорода,  а  две  остальные  вершины  тетраэдра 
заняты  двумя  квадруполями  кристалла  атома  кислорода  (схема 3). Угол  между 
атомами водорода составляет 105º, что близко к тетраэдрическому углу. 

Напомним,  что,  как  отмечалось  выше,  две  ОН-группы  молекулы  НОН  могут 

различаться  по  энергии  связи  О-Н,  потому,  что  один  валентный  диполь 
принадлежит  атому  трития,  а  второй  волентный  диполь  принадлежит  атому 
дейтерия;  в  самом  деле,  известно,  что  энергия  отделения  одного  атома  Н  от 
молекулы  НОН  составляет 119,9 ккал/моль,  а  отделение  второго  атома  Н – 101,36 
ккал/моль  (или  наоборот).  В  справочниках  же  приводятся  усредненные  данные  по 
величине  энергии  связи  О-Н  в  молекуле  НОН  со  значениями 109-111 ккал/моль. 
Отсюда следует, что молекула НОН является асимметричной как в энергетическом, 
так и в геометрическом плане. 

Принято  считать,  что  молекула  воды  является  полярной,  поскольку 

электроотрицательности  атомов  О (3,5) и  Н (2,1) сильно  отличаются,  то  связи  О-Н 
сильно  поляризованы,  и  на  атоме  кислорода  имеется  высокий  эффективный 
отрицательный  заряд,  а  на  атоме  водорода  высокий  эффективный  положительный 
заряд. 

Не  вторгаясь  в  историю  появления  и  относительные  условности,  которые 

допускались 

при 

установлении 

величин 

электроотрицательностей 

атомов 

химических  элементов  (Л.  Полинг, 1932 г.),  полагаем,  что  величина  потенциалов 
ионизации  (П.И.)  атомов,  определяющая  энергию  валентных  электронов  диполей, 
пропорциональна  величине  электрического  поля  атома  и  является  величиной 
надежно  установленной  экспериментально.  Этот  факт  послужил  нам  основанием 
для  использования  величин  П.И.  атомов  в  установлении  энергетической  связи 
между взаимодействующими атомами. 

Опираясь  на  величины  П.И.  атома  кислорода (13,614 эв)  и  атома  водорода 

(13,595  эв)  заключаем,  что  атом  Н  в молекуле  Н-О-Н  имеет  очень  небольшой  заряд 
+δ<1,  который  и  определяет  величину  протонизации.  Что  касается  эффективного 
отрицательного  заряда  на  атоме  кислорода  молекулы  воды,  то  в  соответствии  с 
кристаллической  моделью  атома,  такого  заряда  на  кислороде  нет,  потому  что 
валентные  электроны  в  двух  квадруполях  находятся  в  связанном  состоянии  и  их 
заряды сбалансированы зарядами протонов. 

Необходимо отметить, что атом кислорода молекулы воды кроме двух диполь - 

дипольных связей с атомами водорода, еще имеет два квадруполя, которые активно 
участвуют в образовании Н-связей с другими молекулами или частицами. 

В  связи  с  этим  считаем,  что  молекула  воды  имеет  полярность  или  общий 

дипольный  момент  не  за  счет  того,  что  положительные  заряды  расположены  на 
атомах  водорода,  а  отрицательные - на  атоме  кислорода,  а  потому,  что  нарушена 
геометрия и общая электрическая симметрия электронейтральной молекулы. 

Строение  молекулы  воды  и  строение  жидкой  воды  неоднократно  изучалось 

различными  физическими  методами,  в  том  числе  и  методом  инфракрасной  или 
колебательной  спектроскопии [8-11]. Исследовались  три  агрегатных  состояния