О скважинах

назад 12.08.2011

Внутрішня структура води, аномалії води, фізичні константи води, ізотопний склад води

Фізичні константи води

Молярна маса, г / моль	18,016
Температура в °С:
замерзання (при =0,1МПа)	0,00
кипіння	100,00
Температура при максимальній щільності, °С	3,98
Щільність води в г / см при температурі в °С:
0	0,99987
3,98	1,0000
20	0,99823
Критична температура води, °С	374,2
Критичний тиск води, МПа	22,1
Критична щільність води, кг/м	0,324
Відносна діелектрична постійна при температурі в °С:
0	88,2
20	80,4
100	55,1

 

Хімічно чиста вода – рідина без запаху, смаку, кольору, складається з 11,11% водню і 88,89% кисню.

Внутрішня структура води

Молекули води розташовані у формі неправильного тетраедра: в центрі – атом кисню, в протилежних кутках однієї з граней куба – два атома водню, кут між якими становить 104 ° 31 ‘. Два з восьми електронів атома кисню розташовані близько ядра, два інших пов’язані з атомами водню, а дві пари електронів утворюють гілки, розташовані в напрямку, протилежному електронним хмарам водню.

Гілки електронних хмар є областями зосередження негативних зарядів, вони обумовлюють водневий зв’язок між молекулами води та інших речовин.

Структура рідкої води

В основі численних моделей рідка вода розглядається як кристалічна речовина (рідкі кристали).

Впорядковане (кристалічне) розташування частинок води в рідкому стані доведено експериментально. Вважають, що при плавленні льоду його решітка частково руйнується і ці порожнечі, а також ажурна структура льоду заповнюються молекулами води, які звільнилися. Щільність рідкої води внаслідок цього збільшується. Вченими підраховано, що в рідкій фазі при 0 ° С незв’язані, що заповнюють порожнечі молекули становлять близько 16% від загальної кількості.

В теорії структури води, створеної Берналом і Фаулером, існування максимуму щільності води при температурі 4 ° С пояснюється тим, що при цій температурі переважна частина молекул води пов’язана в кварцеподібну структуру, а при інших температурах вони мають трідімітоподну кристалічну будову, що відповідає меншій щільності.

Ізотопний склад води

Вода – продукт з’єднання двох хімічних елементів, що мають кілька ізотопів.

Для водню відомі три ізотопи:

• протій1H, масове число 1;
• дейтерій 2H (D), масове число 2;
• тритій 3H (T), масове число 3.

Зміст дейтерію в природній суміші ізотопів водню 0,014-0,015%. Для кисню відомі також три ізотопи з масовими числами 16, 17 і 18, співвідношення яких в природної суміші ізотопів одно 2670:1:5.

Вода – це суміш дев’яти різних видів молекул, тому в залежності від їх кількісного співвідношення змінюються властивості води, особливо її щільність.

Аномалії води

Найпростішу формулу має молекула пароподібної води (гідрол). Молекула води в рідкому стані являє собою об’єднання двох простих молекул – дігідроль, а в твердому стані – трьох простих молекул – трігідроль.

У складі льоду переважають молекули трігідроля, у складі водяної пари (при температурі понад 100 ° С) – молекули гідрол, а в крапельно-рідкої воді – суміш гідрол, дігідроля і трігідроля, співвідношення між якими змінюються зі зміною температури.

Особливостями структури води обумовлені її наступні аномалії:

1. найбільшу щільність вода має при +4 ° С, з пониженням температури до 0 ° С або з підвищенням до 100 ° С щільність її зменшується;

2. об’єм води при замерзанні збільшується приблизно на 10%, при цьому тверда фаза стає легше рідкої;

3. вода володіє високою питомою теплоємністю, яка з підвищенням температури до 40 ° С зменшується, а потім знову збільшується;

4. вода має досить велику питому внутрішню енергією (318,8 Дж / кг);

5. вода замерзає при 0 ° С, зі збільшенням тиску температура замерзання знижується і досягає свого мінімального значення (-22 ° С) при тиску 211,5 МПа;

6. вода володіє найбільшою питомою кількістю теплоти (2156 Дж / кг) при температурі 100 ° С;

7. вода володіє найбільш високою діелектричною проникністю при 20 ° С;

8. вода володіє найбільшим поверхневим натягом в порівнянні з іншими рідинами.

При взаємодії з лугами вода поводиться, як кислота, а при взаємодії з кислотами – як основа. В процесі реакції активних металів і води виділяється водень. Вода викликає процес обмінного розкладання (гідроліз), взаємодіючи з деякими солями.