Beş su molekülü. Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi

Sayfa 1

Bu büyüklerin arasında beş su molekülü bulunur. negatif iyonlar böylece su molekülleri ve bunlara bağlı üç hidrojen iyonu, bu iyonların çekilmesine neden olur.  

Her Cu atomuna karşılık beş su molekülü bulunmasına rağmen bunlardan yalnızca dördü koordinelidir.  

Yakalama-eleme mekanizması şunları içerir: geçiş durumu bir hidrasyon kabuğunda beş su molekülü.  

Beş su molekülü içeren tetrahedra (Şekil 1.4, a), diğer benzer tetrahedralara katman katman bağlanır. ortak açılar ve yukarıda bulunan katmanla - nispeten gözenekli bir altıgen buz yapısı oluşturan köşeler.  

Dolayısıyla, birincil olarak oluşan bir H2E iyonu için beş ayrışan su molekülü vardır. Bir H2O molekülünün iyonlaşma potansiyeli 13 V olduğundan ve beş H2O molekülünün ayrışması yaklaşık 5 - 2 5 12 5 eV'ye eşit enerji gerektirdiğinden enerjinin korunumu yasası ihlal edilmez. Elbette kompleksi oluşturan molekül sayısının az olması, alışılagelmiş istatistiksel anlamda sıcaklığı belirlemek için yeterli değildir.  

Böylece, birincil olarak oluşan bir H2O iyonu için beş ayrışan su molekülü vardır. Bir H2O molekülünün iyonizasyon potansiyeli 13 V olduğundan ve beş H2O molekülünün ayrışması yaklaşık 5X2 5 12 5 eV'ye eşit enerji gerektirdiğinden enerjinin korunumu yasası ihlal edilmez.  

Bu hidratta metal vardır koordinasyon numarası 6 ve katyon başına yalnızca beş su molekülü olmasına rağmen beşinci molekül bununla ilişkili değildir.  

Hekzahidrat kristal hidrat (BaSiO3 - 6H2O) formundaki baryum silikat ile birleştirilen hidrasyon neminden, 120 ° C sıcaklığa ısıtıldığında sadece beş molekül su buharlaşır, son molekül daha fazla uzaklaştırılır. yüksek sıcaklıklar bizim durumumuzda, kontak cihazlarında kütle 400'e ısıtıldığında. Duruma göre ana likörlerin kaldırılması konusuna dönersek kritik nokta kurutma hızı eğrilerinde, pres altında kütlenin yalnızca %25 - 30'luk bir nihai nem içeriğine kadar sıkıştırılabileceği beklenmelidir, bu da pratikle doğrulanmıştır. Kütlede adsorbe edilen nemden nispeten daha az miktarda mekanik olarak bağlı nemin varlığı, şu gerçeği açıklar: küçük değişim kütlenin nem içeriğinde şunlara yol açar: ani değişim gözenekli yapı. Böylece kurutucudaki sıcaklığı artırarak kurutma işlemini önemli ölçüde yoğunlaştırmak mümkün olur.  

Bu bağlamda, saf sudaki taşıma sayıları ölçümlerine dayanan Wille'nin çalışmasına da bakınız. amonyak çözümleri bakır(II), bakır(II) iyonunun sulu çözelti Beş su molekülünü bağlar.  

Demir sülfatın kristalizasyonu yavaştır ve kristallerin salınması bazen iki veya üç gün devam eder. Bu hidrat 98°C'de beş molekül su kaybeder; 125°C'de 6 saatte - sekiz molekül; 175°C'de susuz tuz elde edilir. Higroskopiktir ve havada dağılır.  

Demir (III) sülfatın kristalleşmesi yavaştır ve kristallerin çökelmesi bazen iki veya üç gün devam eder. Bu hidrat 98°C'de beş molekül su kaybeder; 125°C'de 6 saatte - sekiz molekül; 175°C'de susuz tuz elde edilir. Higroskopiktir ve havada yavaş yavaş çözünür. Demir sülfat Fe2 (S04) 2, kirli sarı kristal bir tozdur.  

Su, dünyadaki tüm yaşamın ana bileşenidir. Organizmaların hem yaşam alanı hem de yapılarındaki ana unsur ve dolayısıyla yaşamın kaynağıdır. Endüstrinin her alanında kullanılmaktadır. Bu nedenle susuz bir hayat düşünmek çok zordur.

Suya neler dahildir

Herkes suyun hidrojen ve oksijenden oluştuğunu çok iyi biliyor. Bu doğru. Ancak bu iki elemente ek olarak su, çok sayıda kimyasal bileşen de içerir.

Su neyden yapılmıştır?

Hidrolojik bir döngüden geçerek dönüşme eğilimindedir: buharlaşma, yoğunlaşma ve yağış. Bu olaylar sırasında su birçok organik bileşik, metal, gaz ile temasa geçer ve bunun sonucunda sıvıya çeşitli elementler eklenir.

Suyu oluşturan elementler 6 kategoriye ayrılır:

1. İyonlar. Bunlar şunları içerir: katyonlar Na, K, Mg, Ca, anyonlar: Cl, HCO3 ve SO4. Bu bileşenler, diğerlerine kıyasla suda en büyük miktarlarda bulunur. Sıvının içine giriyorlar toprak katmanları, doğal mineraller, kayalar ve ayrıca endüstriyel ürünlerin ayrışmasının unsurları olarak.
2. Çözünmüş gazlar: oksijen, nitrojen, hidrojen sülfür, karbon dioksit ve diğerleri. Sudaki her gazın miktarı doğrudan sıcaklığına bağlıdır.
3. Biyojenik elementler. Bunlardan başlıcaları çökeltilerden, atık sulardan ve tarımsal sulardan sıvıya giren fosfor ve nitrojendir.
4. Mikro elementler. Yaklaşık 30 tür bulunmaktadır. Suyun bileşimindeki göstergeleri çok küçüktür ve 1 litre başına 0,1 ila mikrogram arasında değişir. Bunlar şunları içerir: brom, selenyum, bakır, çinko vb.
5. Suda çözünmüş organik maddeler ve azot içeren maddeler. Bunlar alkoller, karbonhidratlar, aldehitler, fenoller, peptidler vb.'dir.
6. Toksinler. Bu temelde ağır metaller ve petrol ürünleri.

Su molekülü

Peki su hangi moleküllerden oluşur?

Suyun formülü önemsizdir - H 2 O. Ve su molekülünün hidrojen ve oksijen atomlarından oluştuğunu gösterir. Aralarında istikrarlı bir bağlantı kuruldu.

Bir su molekülü uzayda nasıl görünür? Bir molekülün şeklini belirlemek için atomların merkezleri düz çizgilerle bağlanır ve bu da hacimsel şekil- tetrahedron. Bu suyun yapısıdır.

Bir su molekülünün şekli, toplanma durumuna bağlı olarak değişebilir. İçin gaz hali oksijen ve hidrojen atomları arasındaki karakteristik açı 104,27 o'dur, çünkü katı hal- 109,5 o, sıvı için - 105,03 o.

Suyu oluşturan moleküller uzayda belli bir hacim kaplarken, kabukları da perde şeklinde bir elektron bulutu ile örtülüdür. Bir düzlemde bakıldığında bir su molekülünün görünümü, iletim görevi gören X şeklindeki kromozomla karşılaştırılır. genetik bilgi ve dolayısıyla yeni bir yaşamın başlangıcını verir. Bu formdan hareketle kromozom ile yaşamın kaynağı olan su arasında bir benzetme yapılır.

Uzayda bir molekül üç boyutlu bir üçgene, bir tetrahedron'a benzer. Bu form çok kararlıdır ve yalnızca dış fiziksel faktörlerin su üzerindeki etkisiyle değişir.

Su neyden yapılmıştır? Van der Waals kuvvetlerinin etkisine maruz kalan atomlardan hidrojen bağlarının oluşumu. Bu bağlamda, komşu moleküllerin oksijeni ve hidrojeni arasında rastgele bağlantılar ve kümeler oluşur. Birincisi düzensiz yapılar, ikincisi ise düzenli birlikteliklerdir.

Suyun normal durumunda ortak sayısı %60, kümeler ise %40'tır.

Oluşumuna katkıda bulunan komşu su molekülleri arasında hidrojen köprülerinin oluşması mümkündür. çeşitli yapılar- kümeler.

Kümeler hidrojen bağları aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girebilir ve bu, yeni bir düzenin yapılarının (altı yüzlüler) ortaya çıkmasına yol açar.

Su molekülünün elektronik yapısı

Atomlar suyun yapıldığı şeydir ve her atomun farklı bir elektronik yapısı vardır. Bu yüzden, grafik formülü elektronik seviyeler şuna benzer: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.

Bir su molekülü oluşturma işlemi meydana geldiğinde, elektron bulutlarının örtüşmesi meydana gelir: iki eşleşmemiş oksijen elektronu, 1 eşleşmemiş hidrojen elektronu ile örtüşür. Üst üste binme sonucunda atomlar arasında 104 derecelik bir açı oluşur.

Suyun fiziksel durumu

Daha önce de belirtildiği gibi su molekülleri dipoldür ve bu gerçek olağandışı etkiler Bu özelliklerden biri, suyun doğada üç toplanma halinde bulunabilmesidir: sıvı, katı ve buhar.

Bir durumdan diğerine geçiş aşağıdaki süreçlerden kaynaklanmaktadır:

1. Kaynama - sıvıdan buhara.
2. Yoğuşma, buharlarının sıvıya (çökelme) geçişidir.
3. Kristalleşme, bir sıvının buza dönüşmesidir.
4. Erime, buzun eritilip sıvı elde edilmesi işlemidir.
5. Süblimleşme buzun buhar haline dönüşmesidir.
6. Desüblimasyon, süblimleşmenin ters reaksiyonu, yani buharın buza geçişidir.

Moleküler kafesinin yapısı aynı zamanda suyun durumuna da bağlıdır.

Çözüm

Böylece suyun olduğunu söyleyebiliriz. basit yapı durumuna göre değişiklik gösterebilir. Ve suyun hangi moleküllerden oluştuğu bizim için netleşti.

Su hayatımızdaki en yaygın ve en yaygın maddedir. İnsan vücudunun %70'i sudan oluşur ve etrafımızdaki çevre doğal çevre ayrıca %70 oranında su içerir.

İtibaren okul ders kitapları Bir su molekülünün bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluştuğunu biliyoruz; en küçük ve en hafif moleküllerden biridir. Her ne kadar sürekli kullandığımız suyun özellikleri bizim için sıradan ve açık olsa da, sıvı suyun Dünya'daki yaşam biçimlerini bile belirleyen paradoksları var.

Sıvı su vardır daha yüksek yoğunluk buzun yoğunluğundan daha fazladır. Bu nedenle donma sırasında buzun hacmi artar ve buz su yüzeyinde yüzer.

Suyun yoğunluğu erime noktasında değil 4 o C'de maksimumdur; bu sıcaklığın hem sağına hem de soluna doğru azalır.

Suyun viskozitesi artan basınçla azalır.

Suyun kaynama noktası, kaynama noktasının genel bağımlılığından bağımsızdır. moleküler ağırlık maddeler (Şekil 1.1). Aksi takdirde 60 o C'nin üzerinde olmamalıdır.

Suyun ısı kapasitesi diğer sıvıların en az iki katıdır.

Buharlaşma ısısı (~2250 kJ/kg), diğer herhangi bir sıvınınkinden en az üç kat, etanolünkinden ise 8 kat daha yüksektir.

Suyun bu son özelliğini ele alalım. Buharlaşma ısısı, moleküller yoğun fazdan gaz fazına geçerken aralarındaki bağları kırmak için gereken enerjidir. Bu, tüm paradoksal özelliklerin nedeninin suyun moleküller arası bağlarının doğasında olduğu ve bunun da su molekülünün yapısı tarafından belirlendiği anlamına gelir.

Şekil 1.1. Çeşitli bileşiklerin moleküler ağırlıkları ile kaynama noktaları arasındaki ilişkilerin aralığı.

1. Ne tür bir su molekülü?

1780'de Lavoisier deneysel olarak suyun oksijen ve hidrojenden oluştuğunu, iki hacim hidrojenin bir hacim oksijenle etkileşime girdiğini ve sudaki hidrojen ve oksijenin kütle oranının 2:16 olduğunu tespit etti. 1840'a gelindiğinde suyun moleküler formülünün H2O olduğu anlaşıldı.

Moleküldeki üç çekirdek, tabanında iki proton bulunan bir ikizkenar üçgen oluşturur (Şekil 1.2). Elektronik formül su molekülleri [(1S 2)] [(1S 2)(2S 2)(2P 4)].

Şekil 1.2.M.o.'yu bağlayan bir sistemin oluşturulması. oksijen atomunun 2p-orbitallerinden ve 1S-oksijen atomunun yörüngeleri ve 1S-hidrojen atomlarının yörüngeleri.

İki oksijen 2p elektronu ile bağlantılı olarak iki hidrojen 1s elektronunun katılımı nedeniyle, sp hibridizasyonu meydana gelir ve aralarında 104,5 o karakteristik açı ve iki zıt yük kutbu ile hibrit sp3 yörüngeleri oluşur. Uzunluk O-N bağlantıları 0,95Å (0,095 nm), protonlar arasındaki mesafe 1,54Å (0,154 nm)'dir. Şekil 1.3 bir su molekülünün elektronik modelini göstermektedir.

Şekil 1.3. Elektronik modeli H molekülleri 2 HAKKINDA.

Sekiz elektron, üç düzlemde (90° açı) bulunan dört yörüngede çiftler halinde döner. Ö ), bir küpün içine sığıyor. 1, 2 – yalnız elektron çiftleri.

Bu düşüncenin en önemli sonucu: yük dağılımının asimetrisi H2O molekülünü bir dipole dönüştürür: protonlar iki pozitif uçta bulunur ve yalnız oksijen p-elektron çiftleri iki negatif uçta bulunur.

Bu nedenle, bir su molekülü, köşelerinde iki pozitif ve iki negatif olmak üzere dört yükün bulunduğu üçgen bir piramit - bir tetrahedron olarak düşünülebilir.

Bu yükler, komşu su moleküllerini kesin olarak tanımlanmış bir şekilde döndürerek yakın çevrelerini oluştururlar - böylece iki oksijen atomu arasında her zaman yalnızca bir hidrojen atomu bulunur. Böyle bir moleküller arası yapıyı hayal etmenin ve incelemenin en kolay yolu katı haldeki su üzerindedir. Şekil 1.4 buzun yapısını göstermektedir.

Pirinç. 1.4. Altıgen buz yapısı

Yapı O-H...O bağlarıyla bir arada tutulur. Komşu su moleküllerinin iki oksijen atomunun bir hidrojen atomu aracılığıyla bu bağlantısına hidrojen bağı denir.

Hidrojen bağı aşağıdaki nedenlerden dolayı oluşur:

1 – Bir protonun yalnızca bir elektronu vardır, bu nedenle iki atomun elektronik itmesi minimum düzeydedir. Proton, komşu bir atomun elektron kabuğuna dalarak atomlar arasındaki mesafeyi %20-30 (1 Å'a kadar) azaltır;

2 – Komşu atomun elektronegatiflik değeri daha yüksek olmalıdır. Geleneksel değerlerde (Pauling'e göre) elektronegatiflik F– 4.0; O – 3,5; Cl – 3,0; C – 2,5;

Bir su molekülü dört hidrojen bağına sahip olabilir; ikisinde elektron verici, ikisinde ise elektron alıcısı olarak görev yapar. Ve bu bağlar hem komşu su moleküllerinde hem de diğer maddelerde ortaya çıkabilir.

Bu yüzden, dipol momenti, açı N-A-N ve O-H...O hidrojen bağı suyun benzersiz özelliklerini belirler ve etrafımızdaki dünyayı şekillendirmede önemli bir rol oynar.

Bir su molekülündeki ana şey aktör bir oksijen atomudur.

Hidrojen atomları birbirini gözle görülür şekilde ittiğinden, kimyasal bağlar (atomların çekirdeklerini bağlayan çizgiler) hidrojen - oksijen arasındaki açı düz (90°) değil, biraz daha büyüktür - 104,5°.

Oksijen negatif yüklü elektronları çektiğinden ve hidrojen pozitif yüklü elektronları çektiğinden, bir su molekülündeki kimyasal bağlar polardır. Sonuç olarak, oksijen atomunun yakınında aşırı bir negatif yük birikir ve hidrojen atomlarının yakınında pozitif bir yük birikir.

Bu nedenle su molekülünün tamamı bir dipoldür, yani iki zıt kutba sahip bir moleküldür. Su molekülünün dipol yapısı, onun olağandışı özelliklerini büyük ölçüde belirler.

Su molekülü diyamanyetiktir.

Pozitif ve merkez üslerini bağlarsak negatif masraflar hacimli olacak geometrik şekil- tetrahedron. Bu, su molekülünün kendi yapısıdır.

Su molekülünün durumu değiştiğinde tetrahedronda kenarların uzunluğu ve aralarındaki açı değişir.

Örneğin bir su molekülü buhar halinde ise yanlarının oluşturduğu açı 104°27" olur. Su molekülü ise 105°03" olur. Ve buz durumunda açı 109,5°'dir.

Su molekülünün geometrisi ve boyutları çeşitli koşullar
a - buhar durumu için
b - en düşük titreşim seviyesi için
c - su molekülünün geometrisi 3: 4: 5 en boy oranına sahip iki Mısır üçgeninin geometrisine karşılık geldiğinde, buz kristalinin oluşumuna yakın bir seviye için
g - buz durumu için.

Bu açıları ikiye bölersek açıları elde ederiz:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32".

Bu, su ve buz moleküllerinin geometrik desenleri arasında ünlülerin olduğu anlamına gelir. Mısır üçgeni Yapısı altın oran ilişkisine dayanan, kenarların uzunlukları 3:4:5 ve 53°08" açıya sahip.

Bir su molekülü, suyun buza dönüşmesi sırasında altın oran yapısını kazanır, buzun erimesi ise tam tersini sağlar. Açıkçası, eriyik suyu, inşaat yapısı altın oran oranlarına sahip olduğunda bu durum için değerlidir.

Artık 3:4:5 en boy oranına sahip ünlü Mısır üçgeninin su molekülünün hallerinden birinden “alındığı” anlaşılıyor. Su molekülünün geometrisi iki Mısırlı tarafından oluşturulmuştur. dik üçgenler, ortak bir bacağı 3'e eşit olan.

Altın orana dayanan su molekülü fiziksel bir tezahürdür İlahi Doğa yaşamın yaratılışına katılan. Bu yüzden dünyevi doğa tüm kozmosun doğasında olan uyum yatıyor.

Bu nedenle eski Mısırlılar 3, 4, 5 rakamlarını tanrılaştırdılar ve üçgenin kendisini kutsal saydılar ve onun özelliklerini, uyumunu herhangi bir yapıya, evlere, piramitlere ve hatta tarlaların işaretlerine dahil etmeye çalıştılar. Bu arada Ukrayna kulübeleri de altın oran kullanılarak inşa edildi.

Uzayda bir su molekülü belirli bir hacim kaplar ve üzeri kaplanır. elektron kabuğu bir peçe şeklinde. Düzlemdeki bir molekülün varsayımsal bir modelini hayal ederseniz, bir kelebeğin kanatlarına, bir canlının yaşam programının yazılı olduğu X şeklindeki bir kromozoma benzer. Ve bu, suyun kendisinin de olduğunu gösteren bir gerçektir. gerekli eleman yaşayan bütün şeyler.

Hacimsel olarak bir su molekülünün varsayımsal bir modelinin görünümünü hayal ederseniz, bu, 4 yüzü olan ve her yüzün 3 kenarı olan üçgen bir piramidin şeklini taşır. Geometride Üçgen piramit tetrahedron denir. Bu yapı kristallerin karakteristik özelliğidir.

Böylece su molekülü, buhar halindeyken, buz haline gelme aşamasındayken ve buza dönüştüğünde bile koruduğu güçlü köşeli bir yapı oluşturur.

Bir su molekülünün "iskeleti" bu kadar kararlıysa, o zaman onun enerji "piramidi" - tetrahedron - da sarsılmaz kalır.

Çok yapısal özellikler içindeki su molekülleri farklı koşullar iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu arasındaki güçlü bağlarla açıklanır. Bu bağ, komşu su molekülleri arasındaki bağdan yaklaşık 25 kat daha güçlüdür. Bu nedenle, bir su molekülünü diğerinden örneğin ısıtma yoluyla ayırmak, su molekülünün kendisini yok etmekten daha kolaydır.

Yönelimli, endüktif, dağılım etkileşimleri (van der Waals kuvvetleri) ve komşu moleküllerin hidrojen ve oksijen atomları arasındaki hidrojen bağları nedeniyle, su molekülleri rastgele birlikler oluşturabilir; düzenli bir yapıya sahip değildir ve kümeler belirli bir yapıya sahip olan ortaklardır.

İstatistiklere göre, sıradan suda rastgele ortaklar vardır -% 60 (yapılandırılmış su) ve kümeler -% 40 (yapılandırılmış su).

Rus bilim adamı S.V. Zenin'in yaptığı araştırmalar sonucunda istikrarlı, uzun ömürlü su kümeleri keşfedildi.

Zenin, su moleküllerinin başlangıçta bir dodekahedron oluşturduğunu buldu. Dört dodekahedron birleşerek suyun ana yapısal elementini oluşturur; 57 su molekülünden oluşan bir küme.

Bir kümede dodecahedron'ların ortak yüzleri vardır ve merkezleri oluşur. düzenli tetrahedron. Bu, pozitif ve negatif kutuplara sahip heksamerler de dahil olmak üzere su moleküllerinin hacimsel bir bileşiğidir.

Hidrojen köprüleri su moleküllerinin bir araya gelmesini sağlar Farklı yollar. Bu nedenle suda sonsuz çeşitlilikte kümeler bulunur.

Kümeler, serbest hidrojen bağları nedeniyle birbirleriyle etkileşime girebilir, bu da altı yüzlü şeklinde ikinci dereceden yapıların ortaya çıkmasına neden olur. Pratik olarak etkileşime giremeyen 912 su molekülünden oluşurlar. Böyle bir yapının ömrü çok uzundur.

6 eşkenar dörtgen yüzlü küçük, keskin bir buz kristaline benzeyen bu yapı, S.V. Zenin bunu "suyun ana yapısal unsuru" olarak adlandırdı. Çok sayıda deney, suda bu tür kristallerin sayısız olduğunu doğruladı.

Bu buz kristalleri birbirleriyle pek etkileşime girmiyor, bu nedenle daha karmaşık ve kararlı yapılar oluşturmuyorlar ve yüzlerini birbirlerine göre kolayca kaydırarak akışkanlık yaratıyorlar. Bu anlamda su, kristalleşemeyen aşırı soğutulmuş bir çözeltiye benzer.