stringtranslate.com

Свойства воды

Вода ( H 2 O ) представляет собой полярное неорганическое соединение, которое при комнатной температуре представляет собой жидкость без вкуса и запаха , почти бесцветную, за исключением присущего ей оттенка синего цвета . Это, безусловно, наиболее изученное химическое соединение [19] и описывается как «универсальный растворитель » [20] и «растворитель жизни». [21] Это самое распространенное вещество на поверхности Земли [22] и единственное обычное вещество, существующее на поверхности Земли в твердом , жидком и газообразном виде . [23] Это также третья по распространенности молекула во Вселенной (после молекулярного водорода и угарного газа ). [22]

Молекулы воды образуют водородные связи друг с другом и сильно полярны. Эта полярность позволяет ему диссоциировать ионы в солях и связываться с другими полярными веществами, такими как спирты и кислоты, растворяя их. Его водородная связь обуславливает множество уникальных свойств, таких как твердая форма, менее плотная, чем жидкая форма, относительно высокая температура кипения 100 ° C для его молярной массы и высокая теплоемкость .

Вода амфотерна , что означает, что она может проявлять свойства кислоты или основания , в зависимости от pH раствора, в котором она находится; он легко производит как H+и ох−ионы. [c] В связи с его амфотерным характером он подвергается самоионизации . Произведение активностей или приблизительно концентраций H+
и ох−
является константой, поэтому их соответствующие концентрации обратно пропорциональны друг другу. [24]

Физические свойства

Вода – это химическое вещество с химической формулой H.
2О ; одна молекула воды имеет два атома водорода , ковалентно связанные с одним атомом кислорода . [25] Вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха при температуре и давлении окружающей среды . Жидкая вода имеет слабые полосы поглощения на длинах волн около 750 нм, из-за чего ей кажется синий цвет. [3] Это легко наблюдать в наполненной водой ванне или умывальнике с белой облицовкой. Большие кристаллы льда, как и в ледниках , также кажутся синими.

В стандартных условиях вода представляет собой преимущественно жидкость, в отличие от других аналогичных гидридов семейства кислорода , которые обычно находятся в газообразном состоянии. Это уникальное свойство воды обусловлено наличием водородных связей . Молекулы воды постоянно движутся относительно друг друга, а водородные связи постоянно разрываются и реформируются за время, превышающее 200 фемтосекунд (2 × 10–13 секунд ). [26] Однако эти связи достаточно сильны, чтобы создать многие особые свойства воды, некоторые из которых делают ее неотъемлемой частью жизни.

Вода, лед и пар

В атмосфере и на поверхности Земли жидкая фаза является наиболее распространенной и представляет собой форму, которую обычно обозначают словом «вода». Твердая фаза воды известна как лед и обычно имеет структуру твердых, объединенных кристаллов , таких как кубики льда , или рыхло скопившихся зернистых кристаллов, таких как снег . Помимо обычного шестиугольного кристаллического льда , известны другие кристаллические и аморфные фазы льда . Газообразная фаза воды известна как водяной пар (или пар ). Видимый пар и облака образуются из мельчайших капель воды, взвешенных в воздухе.

Вода также образует сверхкритическую жидкость . Критическая температура 647 К , критическое давление 22,064 МПа . В природе это лишь изредка происходит в крайне враждебных условиях. Вероятный пример естественной сверхкритической воды находится в самых горячих частях глубоководных гидротермальных жерл , в которых вода нагревается до критической температуры вулканическими шлейфами , а критическое давление вызвано весом океана на экстремальных глубинах, где находятся жерла. расположены. Это давление достигается на глубине около 2200 метров: гораздо меньше средней глубины океана (3800 метров). [27]

Теплоемкость и теплоты парообразования и плавления.

Теплота испарения воды от плавления до критической температуры.

Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость — 4184 Дж/(кг·К) при 20 °C (4182 Дж/(кг·К) при 25 °C) — вторую по величине среди всех гетероатомных частиц (после аммиака ). а также высокая теплота парообразования (40,65 кДж/моль или 2257 кДж/кг при нормальной температуре кипения), оба из которых являются результатом обширных водородных связей между его молекулами. Эти два необычных свойства позволяют воде смягчать климат Земли , смягчая большие колебания температуры. Большая часть дополнительной энергии, накопленной в климатической системе с 1970 года, аккумулировалась в океанах . [28]

Удельная энтальпия плавления (более известная как скрытая теплота) воды составляет 333,55 кДж/кг при 0 °C: для растапливания льда требуется такое же количество энергии, как и для нагрева льда от -160 °C до точки его плавления или нагреть то же количество воды примерно на 80°С. Из обычных веществ выше только аммиак. Это свойство придает устойчивость льду ледников и дрейфующему льду к таянию . До и после появления механического охлаждения лед широко использовался и до сих пор используется для предотвращения порчи продуктов.

Удельная теплоемкость льда при -10 °С составляет 2030 Дж/(кг·К) [29] , а теплоемкость пара при 100 °С – 2080 Дж/(кг·К). [30]

Плотность воды и льда

Плотность льда и воды в зависимости от температуры

Плотность воды составляет около 1 грамма на кубический сантиметр (62 фунта на кубический фут): это соотношение изначально использовалось для определения грамма. [31] Плотность меняется в зависимости от температуры, но не линейно: по мере повышения температуры плотность возрастает до пика при 3,98 ° C (39,16 ° F), а затем уменьшается; [32] первоначальное увеличение необычно, поскольку большинство жидкостей подвергаются термическому расширению , поэтому плотность только уменьшается в зависимости от температуры. Увеличение, наблюдаемое для воды от 0 °C (32 °F) до 3,98 °C (39,16 °F) и для некоторых других жидкостей [d], описывается как отрицательное тепловое расширение . Обычный шестиугольный лед также менее плотен, чем жидкая вода: при замерзании плотность воды уменьшается примерно на 9%. [35] [е]

Эти своеобразные эффекты обусловлены узконаправленным соединением молекул воды посредством водородных связей: лед и жидкая вода при низкой температуре имеют сравнительно низкую плотность и низкую энергию открытой решетки. Разрыв водородных связей при плавлении с повышением температуры в диапазоне 0–4 °С позволяет получить более плотную молекулярную упаковку, при которой часть полостей решетки заполняется молекулами воды. [32] [36] Однако при температуре выше 4 °C преобладающим эффектом становится тепловое расширение, [36] и вода вблизи точки кипения (100 °C) примерно на 4% менее плотная, чем вода при температуре 4 °C (39 °F). ). [35] [ф]

При повышении давления лед претерпевает ряд переходов в другие полиморфы с более высокой плотностью, чем жидкая вода, такие как лед II , лед III , аморфный лед высокой плотности (HDA) и аморфный лед очень высокой плотности (VHDA). [37] [38]

Распределение температуры в озере летом и зимой.

Необычная кривая плотности и более низкая плотность льда, чем плотность воды, важны для большей части жизни на Земле: если бы вода была наиболее плотной при температуре замерзания, то зимой охлаждение на поверхности привело бы к конвективному перемешиванию. Как только температура достигнет 0 °C, водоем замерзнет снизу вверх, и все живое в нем погибнет. [35] Кроме того, учитывая, что вода является хорошим теплоизолятором (из-за ее теплоемкости), некоторые замерзшие озера могут не полностью таять летом. [35] Как бы то ни было, инверсия кривой плотности приводит к стабильному расслоению при температуре поверхности ниже 4 °C, а слой льда, плавающий сверху, изолирует воду внизу, [39] даже, например, озеро Байкал в Центральная Сибирь замерзает зимой лишь до толщины около 1 м. Как правило, в достаточно глубоких озерах температура на дне остается постоянной и составляет около 4 ° C (39 ° F) в течение всего года (см. Диаграмму). [35]

Плотность морской воды и льда

Поверхностная плотность ВОА

Плотность соленой воды зависит от содержания растворенной соли, а также от температуры. Лед все еще плавает в океанах, иначе они бы замерзли снизу вверх. Однако содержание солей в океанах снижает температуру замерзания примерно на 1,9 °С [40] (из-за депрессии температуры замерзания растворителя, содержащего растворенное вещество ) и понижает температуру максимума плотности воды до прежней точки замерзания при 0 °С. Вот почему в океанской воде конвекция более холодной воды вниз не блокируется расширением воды, поскольку она становится холоднее вблизи точки замерзания. Холодная вода океанов, близкая к точке замерзания, продолжает тонуть. Таким образом, существа, обитающие на дне холодных океанов, таких как Северный Ледовитый океан, обычно живут в воде на 4 °C холоднее, чем на дне замерзших пресноводных озер и рек.

Когда поверхность соленой воды начинает замерзать (при -1,9 °C [40] для морской воды с нормальной соленостью , 3,5%), образующийся лед практически не содержит солей и имеет примерно ту же плотность, что и пресноводный лед. Этот лед плавает на поверхности, а «замерзшая» соль увеличивает соленость и плотность морской воды непосредственно под ним в процессе, известном как отторжение рассола . Эта более плотная соленая вода опускается за счет конвекции, и заменяющая ее морская вода подвергается тому же процессу. В результате на поверхности образуется пресноводный лед с температурой -1,9 °C [40] . Повышенная плотность морской воды под формирующимся льдом заставляет ее опускаться на дно. В больших масштабах процесс отвода рассола и опускания холодной соленой воды приводит к формированию океанских течений, уносящих такую ​​воду от полюсов, что приводит к возникновению глобальной системы течений, называемой термохалинной циркуляцией .

Смешиваемость и конденсация

Красная линия показывает насыщенность

Вода смешивается со многими жидкостями, включая этанол во всех соотношениях. Вода и большинство масел не смешиваются, обычно образуя слои по возрастающей плотности сверху. Это можно предсказать, сравнив полярность . Вода, являющаяся относительно полярным соединением, будет иметь тенденцию смешиваться с жидкостями высокой полярности, такими как этанол и ацетон, тогда как соединения с низкой полярностью будут иметь тенденцию быть несмешивающимися и плохо растворимыми, например, с углеводородами .

В газообразном состоянии водяной пар полностью смешивается с воздухом. С другой стороны, максимальное давление водяного пара , которое термодинамически стабильно с жидкостью (или твердым телом) при данной температуре, относительно низко по сравнению с общим атмосферным давлением. Например, если парциальное давление пара составляет 2% от атмосферного давления и воздух охлаждается с 25 °C, начиная примерно с 22 °C, вода начнет конденсироваться, определяя точку росы и создавая туман или росу . Обратный процесс приводит к тому, что туман сгорает утром. Если влажность увеличивается при комнатной температуре, например, при принятии горячего душа или ванны, а температура остается примерно той же, пар вскоре достигает давления фазового перехода, а затем конденсируется в виде мельчайших капель воды, обычно называемых как пар.

Насыщенный газ или газ с относительной влажностью 100% - это когда давление пара воды в воздухе находится в равновесии с давлением пара (жидкой) воды; вода (или лед, если она достаточно прохладная) не потеряет массу за счет испарения под воздействием насыщенного воздуха. Поскольку количество водяного пара в воздухе невелико, относительная влажность, отношение парциального давления водяного пара к парциальному давлению насыщенного пара, гораздо полезнее. Давление пара, превышающее 100% относительной влажности, называется перенасыщенным и может возникнуть, если воздух быстро охлаждается, например, из-за внезапного подъема восходящего потока. [г]

Давление газа

Диаграммы давления пара воды

Сжимаемость

Сжимаемость воды является функцией давления и температуры. При 0 °С, на пределе нулевого давления, сжимаемость равна5,1 × 10 -10  Па -1 . В пределе нулевого давления сжимаемость достигает минимума4,4 × 10 -10  Па -1 около 45 °C, а затем снова увеличивается с повышением температуры. С увеличением давления сжимаемость уменьшается, т.е.3,9 × 10 -10  Па -1 при 0 ° C и 100 мегапаскалях (1000 бар). [41]

Модуль объемного сжатия воды составляет около 2,2 ГПа. [42] Низкая сжимаемость негазов, и в частности воды, приводит к тому, что их часто считают несжимаемыми. Низкая сжимаемость воды означает, что даже в глубоких океанах на глубине 4 км, где давление составляет 40 МПа, происходит уменьшение объема лишь на 1,8%. [42]

Модуль объемного сжатия водяного льда колеблется от 11,3 ГПа при 0 К до 8,6 ГПа при 273 К. [43] Большое изменение сжимаемости льда в зависимости от температуры является результатом его относительно большого коэффициента теплового расширения по сравнению с другими обычные твердые тела.

Тройная точка

Тройная точка твердое тело/жидкость/пар: жидкая вода, лед I h и водяной пар в левой нижней части диаграммы состояния воды.

Температура и давление , при которых обычная твердая, жидкая и газообразная вода сосуществуют в равновесии, представляют собой тройную точку воды. С 1954 года эта точка использовалась для определения базовой единицы температуры, кельвина , [44] [45] , но, начиная с 2019 года , кельвин теперь определяется с использованием постоянной Больцмана , а не тройной точки воды. [46]

Из-за существования множества полиморфов (форм) льда у воды есть и другие тройные точки, которые имеют в равновесии либо три полиморфа льда, либо два полиморфа льда и жидкости. [45] Густав Генрих Иоганн Аполлон Тамманн в Геттингене предоставил данные о нескольких других тройных точках в начале 20 века. Камб и другие зафиксировали дальнейшие тройные баллы в 1960-х годах. [47] [48] [49]

Температура плавления

Температура плавления льда составляет 0 ° C (32 ° F; 273 К) при стандартном давлении; однако чистую жидкую воду можно переохладить значительно ниже этой температуры, не замерзая, если жидкость не подвергаться механическим воздействиям. Он может оставаться в жидком состоянии вплоть до точки гомогенного зародышеобразования около 231 К (-42 ° C; -44 ° F). [51] Температура плавления обычного шестиугольного льда немного падает при умеренно высоком давлении, на 0,0073 °C (0,0131 °F)/атм [ч] или примерно на 0,5 °C (0,90 °F)/70 атм [i] [52] так как энергия стабилизации водородной связи превышается межмолекулярным отталкиванием, но по мере перехода льда в свои полиморфы (см. Кристаллические состояния льда ) выше 209,9 МПа (2072 атм) температура плавления заметно увеличивается с давлением , т. е. достигая 355 К (82 °C) при 2,216 ГПа (21 870 атм) (тройная точка льда VII [53] ).

Электрические свойства

Электрическая проводимость

Чистая вода, не содержащая экзогенных ионов , является отличным электронным изолятором , но даже «деионизированная» вода не является полностью свободной от ионов. Вода подвергается автоионизации в жидком состоянии, когда две молекулы воды образуют один гидроксид-анион ( OH−
) и один катион гидроксония ( H
3О+
). Из-за автоионизации при температуре окружающей среды чистая жидкая вода имеет ту же концентрацию собственных носителей заряда, что и полупроводниковый германий, а собственную концентрацию носителей заряда на три порядка больше, чем у полупроводникового кремния, следовательно, исходя из концентрации носителей заряда, воду нельзя считать быть полностью диэлектрическим материалом или электрическим изолятором, но быть ограниченным проводником ионного заряда. [54]

Поскольку вода является хорошим растворителем, в ней почти всегда растворено какое-либо растворенное вещество , часто соль . Если в воде есть хотя бы небольшое количество такой примеси, ионы могут переносить заряды туда и обратно, что позволяет воде проводить электричество гораздо легче.

Известно, что теоретическое максимальное удельное электрическое сопротивление воды составляет примерно 18,2 МОм·см (182 кОм ·м) при 25 °C. [55] Эта цифра хорошо согласуется с тем, что обычно наблюдается в системах обратного осмоса , ультрафильтрованной и деионизированной сверхчистой воды, используемых, например, на заводах по производству полупроводников. Уровень примесей солей или кислот, превышающий даже 100 частей на триллион (ppt) в сверхчистой воде, начинает заметно снижать ее удельное сопротивление до нескольких кОм·м. [ нужна цитата ]

В чистой воде чувствительное оборудование может обнаружить очень небольшую электропроводность 0,05501 ± 0,0001 мкСм / см при 25,00 °C. [55] Воду также можно подвергать электролизу с образованием кислорода и водорода, но в отсутствие растворенных ионов это очень медленный процесс, поскольку проводится очень слабый ток. Во льду первичными носителями заряда являются протоны (см. Протонный проводник ). [56] Ранее считалось, что лед имеет небольшую, но измеримую проводимость 1 × 10−10  См/см, но сейчас считается, что эта проводимость почти полностью обусловлена ​​поверхностными дефектами, а без них лед является изолятором с неизмеримо малой проводимостью. [32]

Полярность и водородная связь

Молекула воды – строение и дипольный момент

Важной особенностью воды является ее полярная природа. Структура имеет изогнутую молекулярную геометрию для двух атомов водорода из кислородной вершины. Атом кислорода также имеет две неподеленные пары электронов. Одним из эффектов, обычно приписываемых неподеленным парам, является то, что угол изгиба газовой фазы H–O–H составляет 104,48° [57] , что меньше типичного тетраэдрического угла 109,47°. Неподеленные пары расположены ближе к атому кислорода, чем сигма-электроны, связанные с атомами водорода, поэтому им требуется больше места. Усиленное отталкивание неподеленных пар заставляет связи O–H сближаться друг с другом. [58]

Другим следствием ее структуры является то, что вода является полярной молекулой . Из-за разницы в электроотрицательности дипольный момент связи направлен от каждого H к O, что делает кислород частично отрицательным, а каждый водород частично положительным. Большой молекулярный диполь направлен от области между двумя атомами водорода к атому кислорода. Разница в зарядах приводит к агрегации молекул воды (относительно положительные области притягиваются к относительно отрицательным областям). Это притяжение, водородная связь , объясняет многие свойства воды, например ее растворяющие свойства. [59]

Хотя водородная связь является относительно слабым притяжением по сравнению с ковалентными связями внутри самой молекулы воды, она отвечает за некоторые физические свойства воды. Эти свойства включают относительно высокие температуры плавления и кипения: для разрыва водородных связей между молекулами воды требуется больше энергии. Напротив, сероводород ( H
2S ), имеет гораздо более слабую водородную связь из-за более низкой электроотрицательности серы. ЧАС
2S представляет собой газ при комнатной температуре , несмотря на то, что сероводород имеет почти вдвое большую молярную массу, чем вода. Дополнительные связи между молекулами воды также придают жидкой воде большую удельную теплоемкость . Такая высокая теплоемкость делает воду хорошим теплоносителем (хладагентом) и тепловым экраном.

Когезия и адгезия

Капли росы прилипли к паутине

Молекулы воды остаются близко друг к другу ( сцепление ) благодаря коллективному действию водородных связей между молекулами воды. Эти водородные связи постоянно разрываются, при этом образуются новые связи с различными молекулами воды; но в любой момент времени в образце жидкой воды большая часть молекул удерживается вместе такими связями. [60]

Вода также обладает высокими адгезионными свойствами из-за своей полярной природы. На чистом гладком стекле вода может образовывать тонкую пленку, поскольку молекулярные силы между стеклом и молекулами воды (силы сцепления) сильнее, чем силы сцепления. [ нужна цитация ] В биологических клетках и органеллах вода находится в контакте с мембранами и поверхностями белков, которые являются гидрофильными ; то есть поверхности, которые имеют сильное притяжение к воде. Ирвинг Ленгмюр наблюдал сильную силу отталкивания между гидрофильными поверхностями. Для обезвоживания гидрофильных поверхностей — для удаления прочно удерживаемых слоев гидратной воды — требуется совершить значительную работу против этих сил, называемых силами гидратации. Эти силы очень велики, но быстро уменьшаются в пределах нанометра или меньше. [61] Они важны в биологии, особенно когда клетки обезвоживаются в результате воздействия сухой атмосферы или внеклеточного замораживания. [62]

Поток дождевой воды из навеса. Среди сил, управляющих образованием капель: Поверхностное натяжение , Когезия (химия) , сила Ван-дер-Ваальса , Неустойчивость Плато-Релея .

Поверхностное натяжение

Эта скрепка находится под уровнем воды, которая плавно и плавно поднялась. Поверхностное натяжение предотвращает погружение зажима и перелив воды через края стекла.
Температурная зависимость поверхностного натяжения чистой воды

Вода имеет необычно высокое поверхностное натяжение 71,99 мН/м при 25 °C [63] , что обусловлено прочностью водородных связей между молекулами воды. [64] Это позволяет насекомым ходить по воде. [64]

Капиллярное действие

Поскольку вода обладает сильными когезионными и адгезионными силами, она проявляет капиллярное действие. [65] Сильная связь за счет водородных связей и адгезии позволяет деревьям переносить воду на высоту более 100 м. [64]

Вода как растворитель

Наличие коллоидного карбоната кальция и высоких концентраций растворенной извести придает воде водопада Хавасу бирюзовый цвет.

Вода является отличным растворителем благодаря своей высокой диэлектрической проницаемости. [66] Вещества, которые хорошо смешиваются и растворяются в воде, известны как гидрофильные («водолюбивые») вещества, а те, которые плохо смешиваются с водой, известны как гидрофобные («водолюбивые») вещества. [67] Способность вещества растворяться в воде определяется тем, может ли вещество соответствовать или превосходить сильные силы притяжения , которые молекулы воды создают между другими молекулами воды. Если вещество обладает свойствами, которые не позволяют ему преодолевать эти сильные межмолекулярные силы, молекулы выпадают в осадок из воды. Вопреки распространенному заблуждению, вода и гидрофобные вещества не «отталкиваются», и гидратация гидрофобной поверхности энергетически, а не энтропийно выгодна.

Когда ионное или полярное соединение попадает в воду, оно окружается молекулами воды ( гидратация ). Относительно небольшой размер молекул воды (~3 ангстрема) позволяет многим молекулам воды окружать одну молекулу растворенного вещества . Частично отрицательные дипольные концы воды притягиваются к положительно заряженным компонентам растворенного вещества, и наоборот, для положительных дипольных концов.

В общем, ионные и полярные вещества, такие как кислоты , спирты и соли, относительно растворимы в воде, а неполярные вещества, такие как жиры и масла, — нет. Неполярные молекулы остаются вместе в воде, потому что молекулам воды энергетически выгоднее образовывать водородные связи друг с другом, чем участвовать во взаимодействиях Ван-дер-Ваальса с неполярными молекулами.

Примером ионного растворенного вещества является поваренная соль ; хлорид натрия NaCl распадается на Na+
 катионы и Cl−
 анионы , каждый из которых окружен молекулами воды. Затем ионы легко переносятся из кристаллической решетки в раствор. Примером неионного растворенного вещества является столовый сахар . Диполи воды образуют водородные связи с полярными областями молекулы сахара (группами ОН) и позволяют ему уходить в раствор.

Квантовое туннелирование

О динамике квантового туннелирования в воде сообщалось еще в 1992 году. В то время было известно, что существуют движения, которые разрушают и регенерируют слабую водородную связь за счет внутреннего вращения замещающих мономеров воды . [68] 18 марта 2016 года сообщалось, что водородная связь может быть разорвана путем квантового туннелирования в гексамере воды . В отличие от ранее сообщавшихся туннельных движений в воде, это включало согласованный разрыв двух водородных связей. [69] Позже в том же году сообщалось об открытии квантового туннелирования молекул воды. [70]

Электромагнитное поглощение

Вода относительно прозрачна для видимого света , ближнего ультрафиолета и дальнего красного света, но поглощает большую часть ультрафиолетового , инфракрасного света и микроволн . Большинство фоторецепторов и фотосинтетических пигментов используют ту часть светового спектра, которая хорошо передается через воду. Микроволновые печи используют непрозрачность воды для микроволнового излучения для нагрева воды внутри продуктов. Голубой цвет воды обусловлен слабым поглощением красной части видимого спектра . [3] [71]

Состав

Модель водородных связей (1) между молекулами воды

Одна молекула воды может участвовать максимум в четырех водородных связях , поскольку она может принимать две связи, используя неподеленные пары кислорода, и отдавать два атома водорода. Другие молекулы, такие как фтороводород , аммиак и метанол , также могут образовывать водородные связи. Однако они не проявляют аномальных термодинамических , кинетических или структурных свойств, подобных наблюдаемым в воде, поскольку ни один из них не может образовывать четыре водородные связи: либо они не могут отдавать или принимать атомы водорода, либо в объемных остатках наблюдаются стерические эффекты. В воде за счет четырех водородных связей образуются межмолекулярные тетраэдрические структуры, образующие тем самым открытую структуру и трехмерную сетку связей, что приводит к аномальному уменьшению плотности при охлаждении ниже 4 °С. Эта повторяющаяся, постоянно реорганизующаяся единица образует трехмерную сеть, простирающуюся по всей жидкости. Эта точка зрения основана на исследованиях рассеяния нейтронов и компьютерном моделировании, и она имеет смысл в свете однозначного тетраэдрического расположения молекул воды в ледяных структурах.

Однако существует альтернативная теория структуры воды. В 2004 году в скандальной статье Стокгольмского университета было высказано предположение, что молекулы воды в жидком состоянии обычно связываются не с четырьмя, а только с двумя другими; образуя таким образом цепочки и кольца. Был придуман термин «теория струн воды» (который не следует путать с теорией струн в физике). Эти наблюдения были основаны на рентгеновской абсорбционной спектроскопии, которая исследовала локальное окружение отдельных атомов кислорода. [72]

Молекулярная структура

Отталкивающее воздействие двух неподеленных пар на атом кислорода приводит к тому, что вода имеет изогнутую , а не линейную молекулярную структуру, [73] что позволяет ей быть полярной. Угол водород-кислород-водород составляет 104,45°, что меньше 109,47° для идеальной sp3 - гибридизации . Объяснение теории валентной связи состоит в том, что неподеленные пары атома кислорода физически больше и, следовательно, занимают больше места, чем связи атома кислорода с атомами водорода. [74] Объяснение теории молекулярных орбиталей ( правило Бента ) состоит в том, что снижение энергии несвязывающих гибридных орбиталей атома кислорода (путем присвоения им большего s-характера и меньшего p-характера) и, соответственно, повышение энергии гибридных орбиталей атома кислорода, связанных с Атомы водорода (путем присвоения им большего количества p-характера и меньшего s-характера) в конечном итоге приводят к снижению энергии занятых молекулярных орбиталей, поскольку энергия несвязывающих гибридных орбиталей атома кислорода полностью вносит вклад в энергию неподеленных пар атома кислорода, в то время как энергия двух других гибридных орбиталей атома кислорода лишь частично вносит вклад в энергию связывающих орбиталей (остальная часть вклада приходится на 1s-орбитали атомов водорода).

Химические свойства

Самоионизация

В жидкой воде происходит некоторая самоионизация с образованием ионов гидроксония и гидроксид- ионов.

2 часа
2О ⇌ Ч
3О+
+ ОН−

Константа равновесия этой реакции, известная как ионный продукт воды, имеет значение около 10−14 при 25 °С. При нейтральном pH концентрация гидроксид- иона ( OH−
) равен таковому у (сольватированного) иона водорода ( H+
), со значением, близким к 10 -7 моль л -1 при 25 °С. [75] Значения при других температурах см. на странице данных .

Константа термодинамического равновесия представляет собой частное термодинамической активности всех продуктов и реагентов, включая воду:

Однако для разбавленных растворов активность растворенного вещества, такого как H 3 O + или OH −, аппроксимируется его концентрацией, а активность растворителя H 2 O аппроксимируется единицей, так что мы получаем простое ионное произведение

Геохимия

Воздействие воды на горные породы в течение длительного периода времени обычно приводит к выветриванию и водной эрозии — физическим процессам, которые превращают твердые породы и минералы в почву и осадки, но при некоторых условиях происходят также химические реакции с водой, приводящие к метасоматозу или гидратации минералов. , тип химического изменения горной породы, в результате которого образуются глинистые минералы . Это также происходит, когда портландцемент затвердевает.

Водяной лед может образовывать клатратные соединения , известные как клатратные гидраты , с множеством небольших молекул, которые могут быть встроены в его обширную кристаллическую решетку. Наиболее заметным из них является клатрат метана , 4 CH.
4·23 часа
2О , естественно встречается в больших количествах на дне океана.

Кислотность в природе

Дождь обычно умеренно кислый, с pH от 5,2 до 5,8, если в нем нет кислоты сильнее углекислого газа. [76] Если в воздухе присутствует большое количество оксидов азота и серы , они тоже растворяются в облаках и каплях дождя, вызывая кислотные дожди .

изотопологи

Существует несколько изотопов водорода и кислорода, дающих начало нескольким известным изотопологам воды. Венский стандарт средней океанской воды является действующим международным стандартом изотопов воды. Природная вода почти полностью состоит из безнейтронного изотопа водорода протия . Лишь 155 ppm включают дейтерий (2
H или D), изотоп водорода с одним нейтроном и менее 20 частей на квинтиллион включает тритий (3
H или T), который имеет два нейтрона. Кислород также имеет три стабильных изотопа:16
О присутствует в 99,76%,17
О в 0,04% и18
O в 0,2% молекул воды. [77]

Оксид дейтерия, D
2O также известен как тяжелая вода из-за ее более высокой плотности. Используется в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов . Тритий радиоактивен , распадается с периодом полураспада 4500 дней; ТНО существует в природе лишь в незначительных количествах и производится в основном в результате ядерных реакций, вызванных космическими лучами в атмосфере. Вода с одним атомом протия и одним атомом дейтерия HDO встречается в природе в обычной воде в небольших концентрациях (~0,03%) и D
2O в гораздо меньших количествах (0,000003%), и любые такие молекулы являются временными, поскольку атомы рекомбинируют.

Наиболее заметные физические различия между H
2О и Д
2O , помимо простой разницы в удельной массе, включает в себя свойства, на которые влияют водородные связи, такие как замораживание и кипение, а также другие кинетические эффекты. Это связано с тем, что ядро ​​дейтерия в два раза тяжелее протия, и это вызывает заметные различия в энергиях связи. Разница в температурах кипения позволяет разделить изотопологи. Коэффициент самодиффузии H _
2O при 25 °C на 23% выше значения D.
2О. _ [78] Поскольку молекулы воды обмениваются атомами водорода друг с другом, оксид дейтерия (DOH) гораздо чаще встречается в тяжелой воде низкой чистоты, чем чистый монооксид дидейтерия D.
2О. _

Потребление чистого изолированного D
2O может влиять на биохимические процессы: прием больших количеств ухудшает функцию почек и центральной нервной системы. Небольшие количества можно употреблять без каких-либо побочных эффектов; люди, как правило, не осознают различий во вкусах [79] , но иногда сообщают об ощущении жжения [80] или сладком вкусе. [81] Чтобы токсичность стала очевидной, необходимо употреблять очень большое количество тяжелой воды. Крысы, однако, способны избегать тяжелой воды по запаху, и она токсична для многих животных. [82]

Легкая вода относится к воде, обедненной дейтерием (DDW), воде, в которой содержание дейтерия снижено ниже стандартного уровня в 155 частей на миллион .

Вхождение

Вода — самое распространенное вещество на поверхности Земли, а также третья по распространенности молекула во Вселенной после H.
2и СО . [22] 0,23 ppm массы Земли составляет вода и 97,39% мирового объема воды 1,38 × 10.9 км 3 находится в Мировом океане. [83]

Вода гораздо более распространена во внешней части Солнечной системы, за пределами точки, называемой линией замерзания , где солнечное излучение слишком слабое, чтобы испарять твердую и жидкую воду (а также другие элементы и химические соединения с относительно низкими температурами плавления, такие как метан ). и аммиак ). Во внутренней части Солнечной системы планеты, астероиды и спутники почти полностью состоят из металлов и силикатов. С тех пор вода была доставлена ​​во внутреннюю часть Солнечной системы с помощью пока еще неизвестного механизма, предположительно, в результате ударов астероидов или комет, несущих воду из внешней части Солнечной системы, где тела содержат гораздо больше водяного льда. [84] Разница между планетарными телами, расположенными внутри и снаружи линии замерзания, может быть резкой. Масса Земли на 0,000023% состоит из воды, а Тефия , спутник Сатурна, почти полностью состоит из воды. [85]

Реакции

Кислотно-основные реакции

Вода амфотерна : она способна действовать как кислота или основание в химических реакциях. [86] Согласно определению Бренстеда-Лоури , кислота представляет собой протон ( H+) донор, а основание – акцептор протона. [87] При реакции с более сильной кислотой вода действует как основание; при реакции с более сильным основанием он действует как кислота. [87] Например, вода получает H+
ион из HCl при образовании соляной кислоты :

HCl
(кислота)+ЧАС
2О
(база)⇌ Ч
3О+
+ Cl−

В реакции с аммиаком NH
3, вода отдает H+
ион и, таким образом, действует как кислота:

Нью-Хэмпшир
3
(база)+ЧАС
2О
(кислота)⇌ Нью-Хэмпшир+
4+ ОН−

Поскольку атом кислорода в воде имеет две неподеленные пары , вода часто действует как основание Льюиса или донор электронной пары в реакциях с кислотами Льюиса , хотя она также может реагировать с основаниями Льюиса, образуя водородные связи между донорами электронной пары и атомы водорода воды. Теория HSAB описывает воду как слабую жесткую кислоту и слабое жесткое основание, а это означает, что она преимущественно реагирует с другими твердыми соединениями:

ЧАС+

(кислота Льюиса)+ЧАС
2О
(база Льюис)→ Ч
3О+
Фе3+

(кислота Льюиса)+ЧАС
2О
(база Льюис)→ Fe( H
2О )3+
6
кл.−

(база Льюис)+ЧАС
2О
(кислота Льюиса)→ Cl( H
2О )−
6

Когда соль слабой кислоты или слабого основания растворяется в воде, вода может частично гидролизовать соль с образованием соответствующего основания или кислоты, которая придает водным растворам мыла и пищевой соды их основной pH:

На
2СО
3+ Ч
2О ⇌ NaOH + NaHCO
3

Лигандная химия

Характер основания Льюиса воды делает ее распространенным лигандом в комплексах переходных металлов , примеры которых включают аквакомплексы металлов , такие как Fe (H
2О)2+
6перреновой кислоте , которая содержит две молекулы воды, координированные с рениевым центром. В твердых гидратах вода может быть либо лигандом, либо просто находиться в каркасе, либо и то, и другое. Таким образом, FeSO
4·7ч
2О состоит из [Fe 2 (H 2 O) 6 ] 2+ центров и одной «решеточной воды». Вода обычно является монодентатным лигандом, т. е. образует только одну связь с центральным атомом. [88]

Некоторые водородные контакты в FeSO 4 . 7H 2 O. Этот аквакомплекс металла кристаллизуется с одной молекулой «решеточной» воды, которая взаимодействует с сульфатом и с центрами [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ .

Органическая химия

Будучи твердым основанием, вода легко реагирует с органическими карбокатионами ; например, в реакции гидратации гидроксильная группа ( OH−
) и кислотный протон присоединяются к двум атомам углерода, связанным двойной связью углерод-углерод, в результате чего образуется спирт. Когда добавление воды к органической молекуле расщепляет ее на две части, говорят, что происходит гидролиз . Яркими примерами гидролиза являются омыление жиров и переваривание белков и полисахаридов . Вода также может быть уходящей группой в реакциях замещения S N 2 и отщепления E2 ; последняя тогда известна как реакция дегидратации .

Вода в окислительно-восстановительных реакциях

Вода содержит водород в степени окисления +1 и кислород в степени окисления -2. [89] Он окисляет химические вещества, такие как гидриды , щелочные металлы и некоторые щелочноземельные металлы. [90] [91] Одним из примеров реакции щелочного металла с водой является: [92]

2 На + 2 Н
2О → Ч
2+ 2 Na+
+ 2 ОН−

Некоторые другие химически активные металлы, такие как алюминий и бериллий , также окисляются водой, но их оксиды прилипают к металлу и образуют пассивный защитный слой. [93] Обратите внимание , что ржавление железа — это реакция между железом и кислородом [94] , который растворен в воде, а не между железом и водой.

Вода может окисляться с выделением газообразного кислорода, но очень немногие окислители реагируют с водой, даже если их восстановительный потенциал превышает потенциал O.
2/ЧАС
2О. _ Почти все такие реакции требуют катализатора . [95] Примером окисления воды является:

4 АгФ
2+ 2 ч.
2О → 4 AgF + 4 HF + О
2

Электролиз

Воду можно разделить на составные элементы, водород и кислород, пропуская через нее электрический ток. [96] Этот процесс называется электролизом. Катодная полуреакция:

2 часа+
+ 2
е−
→ Ч
2

Анодная полуреакция:

2 часа
2О → О
2+ 4 часа+
+ 4
е−

Образующиеся газы выходят пузырьками на поверхность, где их можно собрать или поджечь пламенем над водой, если это было намеренно. Требуемый потенциал для электролиза чистой воды составляет 1,23 В при 25 °C. [96] Фактически при практическом электролизе рабочий потенциал составляет 1,48 В или выше.

История

Генри Кавендиш показал, что вода состоит из кислорода и водорода, в 1781 году. [97] Первое разложение воды на водород и кислород путем электролиза было сделано в 1800 году английскими химиками Уильямом Николсоном и Энтони Карлайлом . [97] [98] В 1805 году Жозеф Луи Гей-Люссак и Александр фон Гумбольдт показали, что вода состоит из двух частей водорода и одной части кислорода. [99]

Гилберт Ньютон Льюис выделил первый образец чистой тяжелой воды в 1933 году. [100]

Свойства воды исторически использовались для определения различных температурных шкал . Примечательно, что шкалы Кельвина , Цельсия , Рэнкина и Фаренгейта определялись или в настоящее время определяются температурами замерзания и кипения воды. Менее распространенные шкалы Делиля , Ньютона , Реомюра и Рёмера определялись аналогичным образом. Тройная точка воды сегодня является наиболее часто используемой стандартной точкой.

Номенклатура

Принятое ИЮПАК название воды — оксидан или просто вода [101] или его эквивалент на разных языках, хотя существуют и другие систематические названия, которые можно использовать для описания молекулы. Оксидан предназначен только для использования в качестве названия моноядерного исходного гидрида , используемого для обозначения производных воды по номенклатуре заместителей . [102] Эти производные обычно имеют другие рекомендуемые названия. Например, для группы –OH рекомендуется использовать название гидроксил , а не оксиданил . Название оксан явно упоминается ИЮПАК как непригодное для этой цели, поскольку это уже название циклического эфира, также известного как тетрагидропиран . [103] [104]

Простейшее систематическое название воды — оксид водорода . Это аналогично родственным соединениям, таким как перекись водорода , сероводород и оксид дейтерия (тяжелая вода). Используя химическую номенклатуру ионных бинарных соединений типа I , вода будет называться монооксидом водорода [ 105] , но этого названия нет среди названий, опубликованных Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC). [101] Другое название — монооксид дигидрогена , которое является редко используемым названием воды и в основном используется в пародии на монооксид дигидрогена .

Другие систематические названия воды включают гидроксикислоту , гидроксильную кислоту и гидроксид водорода , используя названия кислот и оснований. [j] Ни одно из этих экзотических названий не используется широко. Поляризованная форма молекулы воды H+
ОЙ−
, также называется гидроксидом гидрона по номенклатуре ИЮПАК. [106]

Водное вещество — это термин, используемый для оксида водорода (H 2 O), когда не хотят уточнять, идет ли речь о жидкой воде , паре , некоторой форме льда или компоненте смеси или минерале.

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Обычно цитируемое значение pK a воды 15,7, используемое в основном в органической химии, неверно. [11] [12]
  2. ^ ab Венский стандарт средней океанской воды (VSMOW), используемый для калибровки, плавится при 273,1500089 (10) К (0,000089 (10) ° C) и кипит при 373,1339 К (99,9839 ° C). Другие изотопные составы плавятся или кипят при немного других температуры.
  3. ^ Ч +
    представляет собой H
    3    О+
    (ЧАС
    2    О)
    н    и образующиеся более сложные ионы.
  4. ^ Отрицательное тепловое расширение также наблюдается в расплавленном кремнеземе . [33] Кроме того, довольно чистый кремний имеет отрицательный коэффициент теплового расширения при температурах от 18 до 120 Кельвинов . [34]
  5. ^ Другими веществами, которые расширяются при замерзании, являются кремний ( температура плавления 1687 К (1414 ° C; 2577 ° F)), галлий (температура плавления 303 К (30 ° C; 86 ° F), германий (температура плавления 1211 К). (938 ° C; 1720 ° F)), и висмут (температура плавления 545 К (272 ° C; 521 ° F))
  6. ^ (1-0,95865/1,00000) × 100% = 4,135%
  7. ^ Адиабатическое охлаждение в результате закона идеального газа .
  8. ^ В источнике указано значение 0,0072 ° C/атм. Однако автор определяет атмосферу как 1 000 000 дин/см 2 ( бар ). Используя стандартное определение атмосферы, 1 013 250 дин/см 2 , оно составляет 0,0073°C/атм.
  9. ^ Используя тот факт, что 0,5/0,0073 = 68,5.
  10. ^ Для воды существуют как кислотные, так и основные названия, поскольку она амфотерна (способна реагировать как как кислота, так и как щелочь).

Рекомендации

Примечания

  1. ^ «Название молекулярных соединений». www.iun.edu . Архивировано из оригинала 24 сентября 2018 года . Проверено 1 октября 2018 г. Иногда эти соединения имеют общие или общепринятые названия (например, H2O — «вода»), а также имеют систематические названия (например, H2O, монооксид дигидрогена).
  2. ^ «Определение гидрола». Мерриам-Вебстер . Архивировано из оригинала 13 августа 2017 года . Проверено 21 апреля 2019 г.
  3. ^ abc Браун, Чарльз Л.; Смирнов, Сергей Н. (1 августа 1993 г.). «Почему вода голубая?» (PDF) . Журнал химического образования . 70 (8): 612. Бибкод : 1993JChEd..70..612B. дои : 10.1021/ed070p612. ISSN  0021-9584. Архивировано (PDF) из оригинала 1 декабря 2019 г. Проверено 9 августа 2018 г.
  4. ^ abc Танака, М; Жирар, Дж; Дэвис, Р; Пеуто, А; Бигнелл, Н. (август 2001 г.). «Рекомендуемая таблица плотности воды от 0 до 40 °C на основе недавних экспериментальных отчетов». Метрология . 38 (4): 301–309. дои : 10.1088/0026-1394/38/4/3.
  5. ^ Леммон, Эрик В.; Белл, Ян Х.; Хубер, Марсия Л.; МакЛинден, Марк О. «Теплофизические свойства жидкостных систем». В Линстреме, ПиДжей; Маллард, У.Г. (ред.). Интернет-книга NIST по химии, справочная база данных стандартов NIST, номер 69. Национальный институт стандартов и технологий. дои : 10.18434/T4D303. Архивировано из оригинала 23 октября 2023 года . Проверено 17 октября 2023 г.
  6. ^ Лиде 2003, Свойства льда и переохлажденной воды в разделе 6.
  7. ^ abc Анатольевич, Кипер Руслан. «Свойства вещества: вода». Архивировано из оригинала 2 июня 2014 г. Проверено 1 июня 2014 г.
  8. ^ Лиде 2003, Давление паров воды от 0 до 370 ° C в сек. 6.
  9. ^ Лиде 2003, Глава 8: Константы диссоциации неорганических кислот и оснований.
  10. ^ Вайнгертнер и др. 2016, с. 13.
  11. ^ «Что такое рКа воды» . Калифорнийский университет в Дэвисе . 09.08.2015. Архивировано из оригинала 14 февраля 2016 г. Проверено 9 апреля 2016 г.
  12. ^ Сильверстайн, Тодд П.; Хеллер, Стивен Т. (17 апреля 2017 г.). «Значения pKa в учебной программе бакалавриата: какова настоящая pKa воды?». Журнал химического образования . 94 (6): 690–695. Бибкод : 2017JChEd..94..690S. doi : 10.1021/acs.jchemed.6b00623.
  13. ^ Рамирес, Мария Л.В.; Кастро, Карлос А. Ньето де; Нагасака, Ючи; Нагашима, Акира; Ассаэль, Марк Дж.; Уэйкхэм, Уильям А. (1 мая 1995 г.). «Стандартные справочные данные по теплопроводности воды». Журнал физических и химических справочных данных . 24 (3): 1377–1381. Бибкод : 1995JPCRD..24.1377R. дои : 10.1063/1.555963. ISSN  0047-2689.
  14. ^ Лиде 2003, 8 - Концентрационные свойства водных растворов: плотность, показатель преломления, понижение температуры замерзания и вязкость.
  15. ^ Лиде 2003, 6.186.
  16. ^ abcd Water в Линстреме, Питер Дж.; Маллард, Уильям Г. (ред.); Интернет-книга NIST по химии, справочная база данных стандартов NIST № 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд)
  17. ^ Лиде 2003, 9 — Дипольные моменты.
  18. ^ GHS: PubChem 962. Архивировано 28 июля 2023 г. в Wayback Machine.
  19. ^ Гринвуд и Эрншоу 1997, стр. 620.
  20. ^ «Вода, универсальный растворитель». Министерство внутренних дел США. usgs.gov (веб-сайт). Соединенные Штаты Америки: Геологическая служба США. 22 октября 2019 года. Архивировано из оригинала 1 декабря 2021 года . Проверено 15 декабря 2020 г.
  21. ^ Рис и др. 2013, с. 48.
  22. ^ abc Weingärtner et al. 2016, с. 2.
  23. ^ Рис и др. 2013, с. 44.
  24. ^ «Константа автопротолиза». Сборник химической терминологии ИЮПАК . ИЮПАК. 2009. doi : 10.1351/goldbook.A00532. ISBN 978-0-9678550-9-7. Архивировано из оригинала 29 апреля 2019 г. Проверено 9 августа 2018 г.
  25. ^ Кэмпбелл, Уильямсон и Хейден 2006.
  26. ^ Смит, Джаред Д.; Кристофер Д. Каппа; Кевин Р. Уилсон; Рональд К. Коэн; Филип Л. Гейсслер; Ричард Дж. Сайкалли (2005). «Единое описание температурно-зависимых перегруппировок водородных связей в жидкой воде». Учеб. Натл. акад. наук. США . 102 (40): 14171–14174. Бибкод : 2005PNAS..10214171S. дои : 10.1073/pnas.0506899102 . ПМЦ 1242322 . ПМИД  16179387. 
  27. ^ Дегучи, Сигэру; Цудзи, Каору (19 июня 2007 г.). «Сверхкритическая вода: прекрасная среда для мягких веществ». Мягкая материя . 3 (7): 797–803. Бибкод : 2007SMat....3..797D. дои : 10.1039/b611584e. ISSN  1744-6848. ПМИД  32900070.
  28. ^ Рейн, М .; Ринтул, СР (2013). «3: Наблюдения: Океан» (PDF) . IPCC WGI AR5 (Отчет). п. 257. Архивировано (PDF) из оригинала 16 октября 2020 г. Проверено 22 декабря 2017 г. Потепление океана доминирует в списке глобальных изменений в энергетике. На потепление океана приходится около 93% прироста энергетических запасов Земли в период с 1971 по 2010 годы (высокая степень достоверности), при этом на потепление верхних слоев (от 0 до 700 м) океана приходится около 64% ​​от общего объема. Таяние льда (включая арктический морской лед, ледяные щиты и ледники) и потепление континентов и атмосферы составляют остальную часть изменения энергии.
  29. ^ Лиде 2003, Глава 6: Свойства льда и переохлажденной воды.
  30. ^ Лиде 2003, 6. Свойства воды и пара как функция температуры и давления.
  31. ^ «Указ о мерах и весах». 7 апреля 1795 года. Архивировано из оригинала 25 февраля 2013 года . Проверено 3 августа 2016 г. Gramme , le poids absolu d’un Volume d’eau pure egal au Cube de la Centième Party du Metre, et à la température de la Glace Fondante.
  32. ^ abc Greenwood & Earnshaw 1997, стр. 625.
  33. ^ Шелл, Скотт М.; Дебенедетти, Пабло Г.; Панагиотопулос, Атанассиос З. (2002). «Молекулярный структурный порядок и аномалии жидкого кремнезема» (PDF) . Физ. Преподобный Е. 66 (1): 011202. arXiv : cond-mat/0203383 . Бибкод : 2002PhRvE..66a1202S. doi : 10.1103/PhysRevE.66.011202. PMID  12241346. S2CID  6109212. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2016 г. Проверено 7 июля 2009 г.
  34. ^ Буллис, В. Мюррей (1990). "Глава 6". В О'Маре, Уильям К.; Херринг, Роберт Б.; Хант, Ли П. (ред.). Справочник по полупроводниковой кремниевой технологии . Парк-Ридж, Нью-Джерси: Публикации Нойеса. п. 431. ИСБН 0-8155-1237-6. Архивировано из оригинала 04 февраля 2024 г. Проверено 11 июля 2010 г.
  35. ^ abcde Перлман, Ховард. «Плотность воды». Школа водных наук Геологической службы США . Архивировано из оригинала 25 июня 2016 г. Проверено 3 июня 2016 г.
  36. ^ аб Хаускрофт, Кэтрин Э.; Шарп, Алан Г. (2005). Неорганическая химия (2-е изд.). Пирсон Прентис-Холл. стр. 162–163. ISBN 0130-39913-2.
  37. ^ Лортинг, Томас ; Зальцманн, Кристоф; Коль, Ингрид; Майер, Эрвин; Холлбрукер, Андреас (1 января 2001 г.). «Второе отчетливое структурное «состояние» аморфного льда высокой плотности при температуре 77 К и давлении 1 бар». Физическая химия Химическая физика . 3 (24): 5355–5357. Бибкод : 2001PCCP....3.5355L. дои : 10.1039/b108676f. ISSN  1463-9084.
  38. ^ Гринвуд и Эрншоу 1997, стр. 624.
  39. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 493.
  40. ^ abc «Может ли океан замерзнуть?». Национальная океаническая служба . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинала 06 июля 2020 г. Проверено 9 июня 2016 г.
  41. ^ Хорошо, РА; Миллеро, Ф.Дж. (1973). «Сжимаемость воды в зависимости от температуры и давления». Журнал химической физики . 59 (10): 5529. Бибкод : 1973JChPh..59.5529F. дои : 10.1063/1.1679903.
  42. ^ ab Нейв, Р. «Объемные упругие свойства». Гиперфизика . Государственный университет Джорджии . Архивировано из оригинала 28 октября 2007 г. Проверено 26 октября 2007 г.
  43. ^ Ноймайер, Джей Джей (2018). «Упругие константы, модуль объемной деформации и сжимаемость льда H2O Ih для диапазона температур 50–273 К». Журнал физических и химических справочных данных . 47 (3): 033101. Бибкод : 2018JPCRD..47c3101N. дои : 10.1063/1.5030640. S2CID  105357042. Архивировано из оригинала 28 ноября 2021 г. Проверено 3 августа 2021 г.
  44. ^ «Определения базовой единицы: Кельвин» . Национальный институт стандартов и технологий . Архивировано из оригинала 20 августа 2018 года . Проверено 9 августа 2018 г.
  45. ^ аб Вайнгертнер и др. 2016, с. 5.
  46. ^ Протоколы 106-го заседания (PDF) . Международный комитет мер и весов. Севр. 16–20 октября 2017 г. Архивировано (PDF) из оригинала 27 января 2018 г. . Проверено 19 ноября 2018 г.
  47. ^ Шлютер, Оливер (28 июля 2003 г.). «Воздействие процессов высокого давления и низкой температуры на клеточные материалы, связанные с пищевыми продуктами» (PDF) . Технический университет Берлина. Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  48. ^ Тамманн, Густав HJA (1925). «Агрегационные состояния». Констебль и компания. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  49. ^ Льюис и Райс 1922.
  50. ^ Мерфи, DM (2005). «Обзор давления паров льда и переохлажденной воды для атмосферных применений». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 131 (608): 1539–1565. Бибкод : 2005QJRMS.131.1539M. дои : 10.1256/qj.04.94 . S2CID  122365938. Архивировано из оригинала 18 августа 2020 г. Проверено 31 августа 2020 г.
  51. ^ Дебенедетти, PG; Стэнли, HE (2003). «Переохлажденная и стекловидная вода» (PDF) . Физика сегодня . 56 (6): 40–46. Бибкод : 2003PhT....56f..40D. дои : 10.1063/1.1595053. Архивировано (PDF) из оригинала 1 ноября 2018 г. Проверено 22 ноября 2011 г.
  52. ^ Шарп 1988, с. 27.
  53. ^ «Пересмотренное значение давления вдоль кривых плавления и сублимации обычного водного вещества» (PDF) . ИАПВС . Сентябрь 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 2 марта 2014 г. Проверено 19 февраля 2013 г.
  54. ^ К. С. Фуллер «Взаимодействие дефектов в полупроводниках», глава 5, стр. 192–221 в «Полупроводниках», Н. Б. Ханней Эд. Рейнхольд, Нью-Йорк, 1959 год.
  55. ^ ab Лайт, Трумэн С.; Лихт, Стюарт; Бевилаква, Энтони К.; Мораш, Кеннет Р. (1 января 2005 г.). «Фундаментальная проводимость и удельное сопротивление воды». Электрохимические и твердотельные буквы . 8 (1): Е16–Е19. дои : 10.1149/1.1836121. ISSN  1099-0062.
  56. ^ Крофтс, А. (1996). «Лекция 12: Протонная проводимость, стехиометрия». Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн . Архивировано из оригинала 10 мая 2009 г. Проверено 6 декабря 2009 г.
  57. ^ Хой, Арканзас; Бункер, PR (1979). «Точное решение уравнения Шредингера, изменяющего вращение, для трехатомной молекулы в применении к молекуле воды». Журнал молекулярной спектроскопии . 74 (1): 1–8. Бибкод : 1979JMoSp..74....1H. дои : 10.1016/0022-2852(79)90019-5.
  58. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 393.
  59. ^ Кэмпбелл и Фаррелл, 2007, стр. 37–38.
  60. ^ Кэмпбелл и Рис 2009, с. 47.
  61. ^ Кьяваццо, Элиодоро; Фазано, Маттео; Асинари, Пьетро; Декуцци, Паоло (2014). «Масштабирование переноса воды в наноразмерной геометрии». Природные коммуникации . 5 : 4565. Бибкод : 2014NatCo...5.4565C. doi : 10.1038/ncomms4565. ПМЦ 3988813 . ПМИД  24699509. 
  62. ^ «Физические силы, организующие биомолекулы» (PDF) . Биофизическое общество . Архивировано из оригинала 7 августа 2007 года.{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  63. ^ Лиде 2003, Поверхностное натяжение обычных жидкостей.
  64. ^ abc Рис и др. 2013, с. 46.
  65. ^ Зумдал и Зумдал 2013, стр. 458–459.
  66. ^ Гринвуд и Эрншоу 1997, стр. 627.
  67. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 518.
  68. ^ Пульяно, Н. (1 ноября 1992 г.). «Динамика вибрационно-вращательного туннелирования в малых водных кластерах». Цифровая библиотека ЕНТ . Лаборатория Лоуренса Беркли, Калифорния (США): 6. doi : 10.2172/6642535. ОСТИ  6642535. Архивировано из оригинала 01 августа 2020 г. Проверено 5 июля 2019 г.
  69. ^ Ричардсон, Джереми О.; Перес, Кристобаль; Лобсигер, Саймон; Рид, Адам А.; Темельсо, Берхане; Шилдс, Джордж К.; Кисель, Збигнев; Уэльс, Дэвид Дж.; Пейт, Брукс Х.; Олторп, Стюарт К. (18 марта 2016 г.). «Согласованное разрушение водородной связи путем квантового туннелирования в призме водного гексамера». Наука . 351 (6279): 1310–1313. Бибкод : 2016Sci...351.1310R. дои : 10.1126/science.aae0012 . ISSN  0036-8075. ПМИД  26989250.
  70. ^ Колесников, Александр И. (22 апреля 2016 г.). «Квантовое туннелирование воды в берилле: новое состояние молекулы воды». Письма о физических отзывах . 116 (16): 167802. Бибкод : 2016PhRvL.116p7802K. doi : 10.1103/PhysRevLett.116.167802 . PMID  27152824. Архивировано из оригинала 18 ноября 2020 г. Проверено 8 сентября 2019 г.
  71. ^ Папа; Фрай (1996). «Спектр поглощения (380–700 нм) чистой воды. II. Измерения интегрирующей полости». Прикладная оптика . 36 (33): 8710–23. Бибкод : 1997ApOpt..36.8710P. дои : 10.1364/ao.36.008710. PMID  18264420. S2CID  11061625.
  72. ^ Болл, Филип (2008). «Вода — непреходящая загадка». Природа . 452 (7185): 291–292. Бибкод : 2008Natur.452..291B. дои : 10.1038/452291a . PMID  18354466. S2CID  4365814.
  73. ^ Гоник, Ларри; Криддл, Крейг (3 мая 2005 г.). «Глава 3 Единение». Мультяшный справочник по химии (1-е изд.). ХарперРесурс. п. 59. ИСБН 9780060936778. Вода, H 2 O, аналогична. Он имеет две электронные пары, к которым ничего не прикреплено. Их тоже необходимо учитывать. Молекулы типа NH 3 и H 2 O называются изогнутыми .
  74. ^ Теодор Л. Браун; и другие. (2015). «9.2 Модель Всепра». Химия: центральная наука (13-е изд.). Пирсон. п. 351. ИСБН 978-0-321-91041-7. Архивировано из оригинала 4 февраля 2024 года . Проверено 21 апреля 2019 г. Обратите внимание, что валентные углы уменьшаются по мере увеличения числа несвязывающих электронных пар. Связывающая пара электронов притягивается обоими ядрами связанных атомов, а несвязывающая пара электронов притягивается преимущественно только одним ядром. Поскольку несвязывающая пара испытывает меньшее ядерное притяжение, ее электронный домен более распространен в пространстве, чем электронный домен связывающей пары (рис. 9.7). Поэтому несвязывающие пары электронов занимают больше места, чем связывающие пары; по сути, они действуют как большие и толстые воздушные шары в нашей аналогии с рис. 9.5. В результате электронные домены несвязывающих электронных пар оказывают большее отталкивающее воздействие на соседние электронные домены и имеют тенденцию сжимать валентные углы.
  75. ^ Бойд 2000, стр. 105.
  76. ^ Бойд 2000, стр. 106.
  77. ^ «Руководство по использованию фундаментальных физических констант и основных констант воды» (PDF) . ИАПВС . 2001. Архивировано (PDF) из оригинала 28 января 2017 г. Проверено 21 марта 2008 г.
  78. ^ Харди, Эдме Х.; Зыгарь, Астрид; Зейдлер, Манфред Д.; Хольц, Манфред; Захер, Фрэнк Д. (2001). «Изотопное влияние на поступательное и вращательное движение в жидкой воде и аммиаке». Дж. Хим. Физ . 114 (7): 3174–3181. Бибкод : 2001JChPh.114.3174H. дои : 10.1063/1.1340584.
  79. ^ Юри, Гарольд С.; и другие. (15 марта 1935 г.). «О вкусе тяжелой воды». Наука . Том. 81, нет. 2098. Нью-Йорк: Наука Пресс. п. 273. Бибкод : 1935Sci....81..273U. doi :10.1126/science.81.2098.273-a.
  80. ^ «Экспериментатор пьет «тяжелую воду» по цене 5000 долларов за кварту» . Научно-популярный ежемесячник . Том. 126, нет. 4. Нью-Йорк: Научно-популярное издательство. Апрель 1935 г. с. 17 . Проверено 7 января 2011 г.
  81. ^ Мюллер, Гровер К. (июнь 1937 г.). «Является ли «Тяжелая вода» источником молодости?». Научно-популярный ежемесячник . Том. 130, нет. 6. Нью-Йорк: Научно-популярное издательство. стр. 22–23 . Проверено 7 января 2011 г.
  82. ^ Миллер, Инглис-младший; Мусер, Грегори (июль 1979 г.). «Вкусовые реакции на оксид дейтерия». Физиология и поведение . 23 (1): 69–74. дои : 10.1016/0031-9384(79)90124-0. PMID  515218. S2CID  39474797.
  83. ^ Вайнгертнер и др. 2016, с. 29.
  84. ^ Проктер, Луиза М. (2005). «Лед в Солнечной системе» (PDF) . Технический дайджест Johns Hopkins APL . 26 (2): 175–188. Архивировано (PDF) из оригинала 11 апреля 2023 г. Получено 11 апреля 2023 г. - через Лабораторию прикладной физики.
  85. ^ "Планетология и Фернеркундунг". www.geo.fu-berlin.de (на немецком языке). 28 февраля 2006 г. Архивировано из оригинала 11 апреля 2023 г. Проверено 11 апреля 2023 г.
  86. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 659.
  87. ^ ab Zumdahl & Zumdahl 2013, с. 654.
  88. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 984.
  89. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 171.
  90. ^ «Гидриды». Чемвики . Калифорнийский университет в Дэвисе . 2 октября 2013 г. Архивировано из оригинала 22 июня 2016 г. Проверено 25 июня 2016 г.
  91. ^ Зумдал и Зумдал 2013, стр. 932, 936.
  92. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 338.
  93. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 862.
  94. ^ Зумдал и Зумдал 2013, с. 981.
  95. ^ Шарло 2007, с. 275.
  96. ^ ab Zumdahl & Zumdahl 2013, с. 866.
  97. ^ ab Greenwood & Earnshaw 1997, стр. 601.
  98. ^ «Предприятие и электролиз...» Королевское химическое общество . Август 2003 г. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г. Проверено 24 июня 2016 г.
  99. ^ «Жозеф Луи Гей-Люссак, французский химик (1778–1850)» . Энциклопедия 1902 года . Сноска 122-1. Архивировано из оригинала 29 мая 2023 г. Проверено 26 мая 2016 г.
  100. ^ Льюис, Дж.Н.; Макдональд, RT (1933). «Концентрация изотопа H2». Журнал химической физики . 1 (6): 341. Бибкод : 1933ЖЧФ...1..341Л. дои : 10.1063/1.1749300.
  101. ^ ab Leigh, Favre & Metanomski 1998, p. 34.
  102. ^ ИЮПАК 2005, с. 85.
  103. ^ Ли, Фавр и Метаномски 1998, с. 99.
  104. ^ "Тетрагидропиран". Пубчем . Национальные институты здоровья . Архивировано из оригинала 16 августа 2016 г. Проверено 31 июля 2016 г.
  105. ^ Ли, Фавр и Метаномски 1998, стр. 27–28.
  106. ^ «Сводка соединений для CID 22247451» . База данных соединений Pubchem . Национальный центр биотехнологической информации. Архивировано из оригинала 27 августа 2014 г. Проверено 8 сентября 2017 г.

Библиография

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с молекулой воды.
Викискладе есть медиафайлы по теме диаграмм воды .
В Викиверситете есть учебные ресурсы по инженерной термодинамике/таблицам пара.