Вода – это бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Данное вещество играет важнейшую роль в геологической истории нашей планеты и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды. Вода может находиться в одном из трех состояний: жидком, твердом (лёд) и газообразном (пар). Чем же отличаются молекулы воды в разных состояниях?
Вода – окись водорода имеет химическую формулу H2O. Она входит в состав всех живых организмов нашей планеты и составляет свыше 60% от их общей массы. Гидросфера Земли включает в себя все водоемы, океаны, моря, реки, подземные источники и почвенную влагу. Здесь вода присутствует в качестве простейшего химического соединения. В атмосфере вода находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега. В литосфере вода входит в состав некоторых минералов и горных пород. Переход воды из одного агрегатного состояния в другое обусловлен изменением температуры и давления.
Вода - сложное вещество, основной структурной единицей которого является молекула, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Спектрографические исследования показали, что молекула воды имеет строение равнобедренного треугольника, в вершине которого расположен атом кислорода, а в основаниях – атомы водорода. Угол при вершине составляет 104°27, а длина стороны — 0,096 нм. Эти параметры относятся к гипотетическому равновесному состоянию молекулы без ее колебаний и вращений.
В настоящее время существует два научных подхода к изучению структуры воды. Первый был предложен в 19 веке и получил название гидрольной теории. Согласно данной гипотезе, основной строительной единицей водяного пара является молекула H2O, называемая гидроль, или моногидроль. Основной строительной единицей воды является двойная молекула воды (H2O)2—дигидроль; лед же состоит из тройных молекул (H2O)3 — тригидроль.
Водяной пар состоит из собрания простейших молекул моногидроля и их ассоциаций, а также из незначительного количества молекул дигидроля. Вода в жидком виде представляет собой смесь молекул моногидроля, дигидроля и тригидроля. Соотношение числа этих молекул в воде различно и зависит от температуры.
Современная гипотеза строения воды основана на представлении, что лед, вода и водяной пар состоят из молекул H2O, объединенных в группы с помощью водородных связей, возникающих в результате взаимодействия атомов водорода одной молекулы с атомом кислорода соседней молекулы. Плотные водородные связи характерны для воды в замерзшем состоянии, что объясняет ее кристаллическую структуру. Повышение температуры льда до его плавления и выше приводит к разрыву водородных связей и разрушению групп молекул, вплоть до отдельных молекул, что характерно для пара.
Обе гипотезы обосновывают ключевое различие в строении воды в разных состояниях – расположение молекул. Расстояния между молекулами пара в десятки раз больше размеров самих молекул, поэтому притяжение между ними очень слабое. По этой причине водяной пар не имеет собственной формы и постоянного объема. Расстояние между молекулами воды меньше, чем размер самих молекул, поэтому в жидком состоянии сохраняется объем, но изменяется форма вещества. Молекулы льда расположены в определенном порядке, что позволяет веществу сохранять форму и объем.
Выводы:
- Вода – окись водорода имеет химическую формулу H2O.
- Вода может находиться в одном из трех состояний: жидком, твердом (лёд) и газообразном (пар).
- Согласно гидрольной теории, водяной пар состоит из гидролей, непосредственно вода – из дигидролей, лёд – из тригидролей.
- Современная гипотеза строения воды основана на представлении, что лед, вода и водяной пар состоят из молекул H2O, объединенных в группы с помощью водородных связей.
- Молекулы воды идентичны во всех агрегатных состояниях.
- Разница свойств воды, пара и льда объясняется расстоянием и силой притяжения между молекулами вещества.