Структура одиночной молекулы воды установлена весьма точно (рис. 1). Из имеющихся в молекуле 10 электронов (5 пар) одна пара электронов (внутренних) расположена вблизи ядра кислорода, а из остальных четырех пар электронов (внешних) по одной паре обобществлено между каждым из протонов и ядром кислорода, тогда как 2 пары остаются неподеленными и направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Именно эти неподеленные пары играют большую роль в возникновении межмолекулярных водородных связей (рис. 2).[ ...]
Большую роль играет фактор расстояния: электрическое поле в зоне индукции убывает пропорционально квадрату расстояния от источника излучения, а магнитное— кубу расстояния.[ ...]
Установление водородной связи с соседней молекулой значительно облегчает ей вступление в последующие водородные связи. Вода — кооперативная система, в ней существуют цепные образования водородных связей. И всякое воздействие на воду распространяется эстафетным путем на тысячи межатомных расстояний.[ ...]
Наличие водородных связей придает воде специфическую, лабильную структуру. Основополагающие работы в этой области Бернала и Фаулера [4] получили в дальнейшем широкое развитие.[ ...]
Оценивая множество гипотез о структуре воды, нельзя не согласиться с Р. Хорном, считающим, что ни одна из теорий не является вполне удовлетворительной и ни одна из них не лишена истины [8, с. 33].[ ...]
Но наряду с двухструктурной моделью воды известна и так называемая континуальная модель, согласно которой все ее молекулы эквивалентны. В этом случае структура воды описывается непрерывным распределением водородных связей по энергиям.[ ...]
В последние годы работы по машинному эксперименту— по методам молекулярной динамики и Монте-Карло— показали, что в воде не существуют «айсберги», «кластеры», т. е. пустотные молекулы, лишенные связей. Имеется лишь тетраэдрическая, трехмерная сетка из молекул, соединенных растянутыми, изогнутыми и частично разорванными водородными связями.[ ...]
Для практических целей можно оперировать общими представлениями о структуре воды, характеризуемой статистической закономерностью межмолекулярных расстояний и ориентаций, с ближним порядком расположения частиц и отсутствием дальнего порядка (когда порядок в одном месте никак не действует на порядок в другом). Особенности водородной связи в воде обусловливают возможность возникновения н исчезновения долгоживущих микрообластей со льдоподобной структурой, так называемых «мерцающих групп». Их плавление и распад не связаны со значительными энергетическими изменениями.[ ...]
Необходимо оценить, хотя бы приблизительно, энергию, необходимую для изменения структуры воды. Трудно найти первоначальную причину такого утверждения, но часто указывается, что разрыв водородных связей является обязательной предпосылкой изменения структуры воды. Следовательно, для такого изменения необходимо затратить энергию порядка 16,7—25,1 кДж/моль. Однако имеется ряд веских соображений, прежде всего в работах И. Попла [10], свидетельствующих о необязательном разрыве водородных связей. Структурные изменения под влиянием различных внешних воздействий— температуры, давления или магнитных полей — определяются также большим или меньшим изгибом связей (изменением угла между линией, соединяющей центры ближайших молекул воды, и направлением связи О—Н одной из этих молекул). Энергия, необходимая для изгиба водородных связей, неизмеримо меньше энергии их разрыва. К тому же одновременная деформация угла и длины связи молекул энергетически более выгодна, чем деформация только угла или только длины связи [7].[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Модель молекулы воды |
 |
| Схема водородных связей между молекулами воды. |
 |