О скважинах

назад
12.08.2011

Внутренняя структура воды, аномалии воды, физические константы воды, изотопный состав воды

Физические константы воды

Молярная масса, г/моль 18,016
Температура в °С:
замерзания (при =0,1МПа) 0,00
кипения 100,00
Температура при максимальной плотности, °С 3,98
Плотность воды в г/см при температуре в °С:
0 0,99987
3,98 1,0000
20 0,99823
Критическая температура воды, °С 374,2
Критическое давление воды, МПа 22,1
Критическая плотность воды, кг/м 0,324
Относительная диэлектрическая постоянная при температуре в °С:
0 88,2
20 80,4
100 55,1

 

Химически чистая вода – жидкость без запаха, вкуса, цвета, состоит из 11,11 % водорода и 88,89 % кислорода.

Внутренняя структура воды

Молекулы воды расположены в форме неправильного тетраэдра: в центре – атом кислорода, в противоположных углах одной из граней куба – два атома водорода, угол между которыми составляет 104°31’. Два из восьми электронов атома кислорода расположены около ядра, два других связаны с атомами водорода, а две пары электронов образуют ветви, расположенные в направлении, противоположном электронным облакам водорода.

Ветви электронных облаков являются областями сосредоточения отрицательных зарядов, они обусловливают водородную связь между молекулами воды и других веществ.

Структура жидкой воды

В основе многочисленных моделей жидкая вода рассматривается как кристаллическое вещество (жидкие кристаллы).

Упорядоченное (кристаллическое) расположение частиц воды в жидком состоянии доказано экспериментально. Полагают, что при плавлении льда его решетка частично разрушается и эти пустоты, а также ажурная структура льда заполняются освободившимися молекулами воды. Плотность жидкой воды вследствие этого увеличивается. Учеными подсчитано, что в жидкой фазе при 0 °С несвязанные, заполняющие пустоты молекулы составляют около 16% от общего количества.

В теории структуры воды, созданной Берналом и Фаулером, существование максимума плотности воды при температуре 4 °С объясняется тем, что при этой температуре преобладающая часть молекул воды связана в кварцеподобную структуру, а при других температурах они имеют тридимитоподное кристаллическое строение, соответствующее меньшей плотности.

Изотопный состав воды

Вода – продукт соединения двух химических элементов, имеющих несколько изотопов.

Для водорода известны три изотопа:

  • протий1H, массовое число 1;
  • дейтерий 2H(D), массовое число 2;
  • тритий 3H(T), массовое число 3.

Содержание дейтерия в природной смеси изотопов водорода 0,014-0,015 %. Для кислорода известны также три изотопа с массовыми числами 16, 17 и 18, соотношение которых в природной смеси изотопов равно 2670:1:5.

Вода – это смесь девяти различных видов молекул, поэтому в зависимости от их количественного соотношения изменяются свойства воды, особенно ее плотность.

Аномалии воды

Простейшую формулу  имеет молекула парообразной воды (гидроль). Молекула воды в жидком состоянии представляет собой объединение двух простых молекул  - дигидроль, а в твердом состоянии – трех простых молекул  - тригидроль.

В составе льда преобладают молекулы тригидроля, в составе водяного пара (при температуре свыше 100°С) – молекулы гидроля, а в капельно-жидкой воде – смесь гидроля, дигидроля и тригидроля, соотношения между которыми меняются с изменением температуры.

Особенностями структуры воды обусловлены ее следующие аномалии:

1. наибольшую плотность вода имеет при 4 °С, с понижением температуры до 0 °С или с повышением до 100 °С плотность ее уменьшается;

2. объем воды при замерзании увеличивается примерно на 10%, при этом твердая фаза становится легче жидкой;

3. вода обладает высокой удельной теплоемкостью, которая с повышением температуры до 40 °С уменьшается, а затем вновь увеличивается;

4. вода обладает весьма большой удельной внутренней энергией (318,8 Дж/кг);

5. вода замерзает при 0 °С, с увеличением давления температура замерзания понижается и достигает своего минимального значения (-22°С) при давлении 211,5 МПа;

6. вода обладает наибольшим удельным количеством теплоты (2156 Дж/кг) при температуре 100 °С;

7. вода обладает наиболее высокой диэлектрической проницаемостью при 20 °С;

8. вода обладает самым большим поверхностным натяжением по сравнению с другими жидкостями.

При взаимодействии со щелочами вода ведет себя, как кислота, а при взаимодействии с кислотами – как основание. В процессе реакции активных металлов и воды выделяется водород. Вода вызывает процесс обменного разложения (гидролиз), взаимодействуя с некоторыми солями.

Заказать расчет работ
Цены
Дисконтная карта клиента
Сервисное обслуживание
Акции
Подписка на
россылку
Звоните:

(096) 917 27 57
(050) 956 19 01