56
Ассоциат, составленный из молекул НОН с помощью Н-связей и имеющий
тетраэдрическую структуру, не может иметь больших размеров из-за малой энергии
Н-связей и непостоянных, различных термобарических условий, в которых находится
определенный объем жидкой воды. Подвижность воды объясняется небольшой
энергией Н-связей, их гибкостью, которая может легко быть разорвана термически.
Помним [1, 5], что атом Н кроме того, что он представляет собой электрический
диполь, еще является элементарным магнитом: p
+
- ē или N-S (северный и южный
полюсы соответственно). Молекулы, соединяющиеся между собой Н-связью, могут
располагаться относительно друг друга под разными, (но острыми углами), поскольку
эта связь, кроме электрического, представляет собой и магнитное взаимодействие
магнитного N-полюса атома Н молекулы А с диамагнитной ячейкой (квадруполем)
другой молекулы В (связь № 3 в табл. 5), вследствие неполной сбалансированности
заряда протона атома водорода, благодаря небольшой разнице в величинах
потенциалов ионизации атома О (13,614 эв) и атома Н (13,595 эв).
Итак, заключаем, что вода может состоять из нескольких структур разного
строения. Возникает вопрос, какие размеры могут иметь перечисленные структуры
и почему вода жидкая?
8.2 Почему вода жидкая?
Всем хорошо известны три природные субстанции – газ, жидкость и твердое
тело. Чем же обусловлено существование в обычных условиях этих субстанций, то
есть, какова природа этих состояний вещества? Естественно, ответ напрашивается
сам собой – потому что они состоят из разных атомов, от свойств разных атомов,
от природы химических связей между атомами и новых свойств вещества,
появляющегося при взаимодействии между атомами. В связи с тем, что
многообразие окружающего нас мира состоит из сочетания самых различных
атомов химических элементов, и конкретно выделить какой атом или группа
атомов за что отвечает, определяя различные физические свойства в трех
вышеперечисленных субстанциях, практически невозможно, предлагаем упростить
задачу и рассмотреть вещества, имеющие три агрегатных состояния, имеющие в
своем составе минимальное количество разных по природе атомов.
Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком
и твердом. Вопрос – а почему вода в нормальных условиях находится в состоянии
жидкости? Чтобы ответить на этот вопрос попытаемся обратиться к хорошо
известным из практики фактам, в которых вещество состоит только из двух видов
атомов. Первое вещество – это углеводороды, молекулы которых состоят из атомов
С и Н, а второе – это вода, молекулы которой состоят из атомов О и Н.
Атом углерода имеет возможность образовывать наибольшее количество
связей с атомами водорода. После присоединения к атому углерода четырех атомов
водорода получается самая простейшая и самая легкая молекула метана СН
4
,
имеющая тетраэдрическое строение в соответствии с геометрией расположения
валентных диполей в кристалле атома углерода. Связь углерод-углерод образуется
по механизму диполь-дипольного взаимодействия.
Известно, что молекулы углеводородов С
1
-С
4
являются газами, молекулы,
содержащие от пяти атомов углерода до пятнадцати – представляют собой
жидкости, а молекулы, имеющие более С
1 5
– это твердые вещества.
Составим таблицу с некоторыми ориентировочными цифрами.
Таблица 7. Молекулярная масса углеводородов.
Углеводород
Молекулярная масса
Агрегатное состояние
(С
1
-С
4
)
от 16 до 58
газ
(С
5
-С
1 5
)
от 72 до 212
жидкость
(С
1 6
-С
7 0
)
от 226 и больше
твердое