Вода: молекулы и связи между ними
Сравни лёд, жидкость и пар. Синие пунктиры показывают межмолекулярные контакты, сплошные линии внутри молекул — ковалентные связи.
Плоская схема передаёт различие порядка и расстояний, а не точную трёхмерную структуру льда. Пунктир — межмолекулярный контакт, а не дополнительная ковалентная связь.
Взаимодействие между молекулами
Между отдельными молекулами тоже действуют силы притяжения. Обычно они слабее связей внутри молекул. При испарении воды молекулы удаляются друг от друга, но связи O—H внутри них сохраняются.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Испарение H₂O | Молекулы расходятся | Физическое изменение |
| Разложение H₂O | Меняется состав частиц | Химическое превращение |
Поэтому кипение воды не является её разложением на H₂ и O₂. Меняются расстояния и организация частиц, а не состав молекулы. Для разрыва внутримолекулярных связей нужны другие условия и энергия.
Межмолекулярные взаимодействия отличают от связей внутри молекулы. Испарение не означает химического разложения вещества.
Водородная связь и свойства воды
Если H связан с сильно электроотрицательным N, O или F, он может участвовать в водородной связи с соседней подходящей частицей. В воде такие взаимодействия создают сеть между молекулами.
Два уровня связей в воде
H₂O ОСТАЁТСЯ H₂O
Испарение не является разложением воды на водород и кислород. Связи внутри молекул преимущественно сохраняются.
Водородные связи помогают объяснить сравнительно высокую температуру кипения воды и открытое строение льда. В льду молекулы образуют структуру, занимающую больше места, поэтому обычный лёд менее плотный, чем жидкая вода.
Подробности: понятия и примеры
- Полярная связь O—H
На H возникает частичный положительный заряд.
- Соседняя молекула
Её O участвует в притяжении.
- Сеть взаимодействий
Влияет на свойства жидкости и льда.
Водородные связи связывают подходящие частицы между собой. Их сеть существенно влияет на свойства воды.
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Алмаз, графит и их структуры
Образцы и схемы строения двух простых веществ углерода: алмаза и графита. Состав одинаков, пространственные связи различны.
Itub; составная иллюстрация из работ, указанных на странице файла · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Вода переносит вещества и теплоту
Водная среда позволяет растворённым частицам перемещаться и встречаться. Поэтому многие превращения в живых организмах и технологических установках идут именно в растворах. Вода участвует и в самих химических реакциях, а не только служит растворителем.
Большая теплоёмкость воды означает, что для заметного изменения её температуры требуется сравнительно много теплоты. Это помогает сглаживать температурные изменения. Однако растворимость каждого вещества ограничена его взаимодействием с водой: универсального растворителя нет.
- Растворитель
- Среда для молекул и ионов
- Перенос
- Перемещение растворённых веществ
- Теплообмен
- Поглощение и отдача теплоты
- Реагент
- Участие в химических превращениях
Вода выполняет несколько взаимосвязанных функций. Растворение и химическое участие воды нужно различать.
Растворитель окружает частицы
При растворении частицы растворяемого вещества отделяются друг от друга и взаимодействуют с растворителем. Если растворитель — вода, окружение частицы молекулами воды называют гидратацией. Растворение не означает исчезновения вещества.
- Исходные вещества
Вода и кристалл
- Разделение частиц
Связи с соседями преодолеваются
- Взаимодействие с водой
Частицы гидратируются
- Однородное распределение
Образуется раствор
В водном растворе соль NaCl представлена гидратированными ионами, а сахар — преимущественно молекулами. Поэтому одинаково прозрачные смеси могут иметь разное строение. Вода служит средой распределения частиц, а не пустым пространством между ними. Между неполярными молекулами также действуют силы притяжения, связанные с мгновенными и наведёнными диполями. Поэтому I₂ может образовывать твёрдый молекулярный кристалл, несмотря на неполярность молекулы. Водородная связь особенно существенна при H, связанном с N, O или F, и доступной электронной паре соседнего атома. При кипении воды преодолевается прежде всего межмолекулярное сцепление, а связи O—H в молекулах сохраняются.
Растворение включает взаимодействие вещества с растворителем. Частицы вещества сохраняются и распределяются в смеси.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 17. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 17. Межмолекулярное взаимодействие.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e