Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"HOH" перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см HOH (значения) .
Для более широкого освещения этой темы см. Вода .
Вода H
2О
Молекула воды имеет базовую геометрическую структуру
Шаровидная модель молекулы воды
Модель заполнения пространства молекулы воды
Капля воды падает на воду в стакане
Имена
Название ИЮПАК
Вода
Систематическое название ИЮПАК
Оксидан
Другие имена
Гидроксид водорода (HH или HOH), оксид водорода, монооксид дигидрогена (DHMO) (систематическое название [1] ), оксид дигидрогена, водородная кислота, гидроксидная кислота, гидроксильная кислота, гидрол, [2] μ-оксидодигидроген, κ 1 -гидроксил водород (0)
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
3587155
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
117
Номер RTECS
  • ZC0110000
UNII
  • InChI = 1S / H2O / ч1H2 проверитьY
    Ключ: XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • О
Характеристики
ЧАС
2О
Молярная масса18,01528 (33) г / моль
ВнешностьБелое кристаллическое твердое вещество, почти бесцветная жидкость с оттенком голубого бесцветного газа [3]
ЗапахНикто
ПлотностьЖидкость: [4]
0,9998396 г / мл при 0 ° C
0,9970474 г / мл при 25 ° C
0,961893 г / мл при 95 ° C
Твердое вещество : [5]
0,9167 г / мл при 0 ° C
Температура плавления0,00 ° С (32,00 ° F, 273,15 К) [а]
Точка кипения99,98 ° C (211,96 ° F, 373,13 K) [6] [a]
N / A
РастворимостьПлохо растворим в галогеналканах , алифатических и ароматических углеводородах, эфирах . [7] Повышенная растворимость в карбоксилатах , спиртах , кетонах , аминах . Смешивается с метанолом , этанолом , пропанолом , изопропанолом , ацетоном , глицерином , 1,4-диоксаном , тетрагидрофураном , сульфоланом , ацетальдегидом , диметилформамидом , диметоксиэтаном., диметилсульфоксид , ацетонитрил . Частично смешивается с диэтиловым эфиром , метилэтилкетоном , дихлорметаном , этилацетатом , бромом .
Давление газа3,1690 килопаскалей или 0,031276 атм при 25 ° C [8]
Кислотность (p K a )13,995 [9] [10] [b]
Основность (p K b )13,995
Конъюгированная кислотаГидроксоний H 3 O + (pK a = 0)
Основание конъюгатаГидроксид ОН - (pK b = 0)
Теплопроводность0,6065 Вт / (м · К) [13]
Показатель преломления ( n D )
1,3330 (20 ° C) [14]
Вязкость0,890 мПа · с (0,890 сП ) [15]
Структура
Кристальная структура
Шестиугольный
Группа точек
C 2v
Молекулярная форма
Согнутый
Дипольный момент
1.8546 D [16]
Термохимия
Теплоемкость ( C )
75,385 ± 0,05 Дж / (моль · К) [17]
Стандартная мольная энтропия ( S o 298 )
69,95 ± 0,03 Дж / (моль · К) [17]
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 )
-285,83 ± 0,04 кДж / моль [7] [17]
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚)
-237,24 кДж / моль [7]
Опасности
Основные опасностиТонущая
лавина (как снег)


Отравление водой
(см. Также пародию на монооксид дигидрогена )

Паспорт безопасностиSDS
Положения об опасности GHS
H317
NFPA 704 (огненный алмаз)
0
0
0
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другие катионы
Сероводород
Селенид
водорода Теллурид
водорода Полонид
водорода Перекись водорода
Связанные растворители
Ацетон
метанол
Страница дополнительных данных
Структура и свойства
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
Спектральные данные
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Вода ( H
2O ) представляет собой полярное неорганическое соединение , которое при комнатной температуре представляет собой жидкость без вкуса и запаха, которая почти бесцветна, если не считать присущего ей оттенка синего . Это, безусловно, наиболее изученное химическое соединение [18], описываемое как «универсальный растворитель » [19] и «растворитель жизни». [20] Это самое распространенное вещество на поверхности Земли [21] и единственное обычное вещество, существующее в твердом , жидком и газообразном состоянии на поверхности Земли. [22]Это также третья по численности молекула во Вселенной (после молекулярного водорода и окиси углерода ). [21]

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, тем самым растворяя их. Водородные связи обуславливают его многочисленные уникальные свойства, такие как наличие более плотной твердой формы, чем жидкая форма [c] относительно высокой точки кипения 100 ° C для его молярной массы и высокой теплоемкости . b Вода является амфотерной , 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 ОН-ионы. [c] Из- за своего амфотерного характера он подвергается самоионизации . Продукт активности , или приблизительно, концентрации H+
и ОН-
является константой, поэтому их соответствующие концентрации обратно пропорциональны друг другу. [23]

Физические свойства [ править ]

См. Также: Анализ химического состава воды.

Вода - это химическое вещество с химической формулой H
2О ; одна молекула воды имеет два атома водорода, ковалентно связанные с одним атомом кислорода . [24] Вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха при температуре и давлении окружающей среды . Жидкая вода имеет слабые полосы поглощения на длине волны около 750 нм, из-за чего кажется, что она имеет синий цвет. [3] Это легко увидеть в ванной или умывальнике, наполненном водой, с белой подкладкой. Крупные кристаллы льда, как и в ледниках , также кажутся синими.

В стандартных условиях вода в основном является жидкостью, в отличие от других аналогичных гидридов семейства кислорода , которые обычно газообразны. Это уникальное свойство воды связано с водородными связями . Молекулы воды постоянно движутся относительно друг друга, а водородные связи непрерывно разрываются и реформируются во времени, превышающем 200 фемтосекунд (2 × 10 -13 секунд). [25] Однако эти связи достаточно сильны, чтобы создать многие из специфических свойств воды, некоторые из которых делают ее неотъемлемой частью жизни.

Вода, лед и пар [ править ]

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 принимает структуру твердых, амальгамированных кристаллы , такие как кубики льда , или свободно накопленные гранулированные кристаллы, как снег . Помимо обычного гексагонального 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 капелек воды, взвешенных в воздухе.

Вода также образует сверхкритическую жидкость . Критическая температура составляет 647 К , а критическое давление составляет 22,064 МПа . В природе такое случается редко в крайне неблагоприятных условиях. Вероятный пример естественной сверхкритической воды - это самые горячие части глубоководных гидротермальных источников , в которых вода нагревается до критической температуры вулканическими шлейфами, а критическое давление обусловлено весом океана на крайних глубинах, где они выходят. расположены. Это давление достигается на глубине около 2200 метров, что намного меньше средней глубины океана (3800 метров). [26]

Теплоемкость и теплота испарения и плавления [ править ]

Теплота испарения воды от плавления до критической температуры

Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость 4181,4 Дж / (кг · К) при 25 ° C - второй по величине среди всех гетероатомных частиц (после аммиака ), а также высокую теплоту испарения (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, аккумулирована в океанах. [27]

Удельная энтальпия плавления (более известная как скрытая теплота) воды составляет 333,55 кДж / кг при 0 ° C: для таяния льда требуется такое же количество энергии, как и для нагрева льда от -160 ° C до его точки плавления или нагреть такое же количество воды примерно на 80 ° C. Из обычных веществ выше только аммиак. Это свойство придает устойчивость к таянию льда ледников и дрейфующих льдов . До и после появления механического охлаждения лед был и остается широко используемым средством для замедления порчи продуктов.

Удельная теплоемкость льда при −10 ° C составляет 2030 Дж / (кг · K) [28], а теплоемкость пара при 100 ° C составляет 2080 Дж / (кг · K). [29]

Плотность воды и льда [ править ]

Плотность льда и воды как функция температуры

Плотность воды составляет около 1 грамма на кубический сантиметр (62 фунта / куб фут): эта связь была первоначально использована для определения грамма. [30] Плотность изменяется в зависимости от температуры, но не линейно: по мере увеличения температуры плотность повышается до пика при 3,98 ° C (39,16 ° F), а затем уменьшается; [31] это необычно. [d] Обычный гексагональный лед также менее плотен, чем жидкая вода - при замерзании плотность воды уменьшается примерно на 9%. [34] [e]

Эти эффекты связаны с уменьшением теплового движения при охлаждении, что позволяет молекулам воды образовывать больше водородных связей, которые не позволяют молекулам приближаться друг к другу. [31] В то время как при температуре ниже 4 ° C разрыв водородных связей из-за нагрева позволяет молекулам воды сближаться, несмотря на увеличение теплового движения (которое имеет тенденцию расширять жидкость), при температуре выше 4 ° C вода расширяется при повышении температуры. [31] Вода, близкая к точке кипения, примерно на 4% менее плотная, чем вода при температуре 4 ° C (39 ° F). [34] [f]

Под повышением 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). [35] [36]

Распределение температуры в озере летом и зимой

Необычная кривая плотности и более низкая плотность льда, чем у воды, жизненно важны для жизни - если бы вода была наиболее плотной в точке замерзания, то зимой очень холодная вода на поверхности озер и других водоемов опускалась бы, озера могли бы замерзнуть. снизу вверх, и все живое в них погибнет. [34] Кроме того, учитывая, что вода является хорошим теплоизолятором (из-за ее теплоемкости), некоторые замерзшие озера летом могут не полностью оттаивать. [34] Слой льда, который плавает сверху, изолирует воду внизу. [37] Вода с температурой около 4 ° C (39 ° F) также опускается на дно, таким образом поддерживая температуру воды на дне постоянной (см. Диаграмму). [34]

Плотность соленой воды и льда [ править ]

WOA поверхностная плотность

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 соли в океанах понижает точку замерзания примерно на 1,9 ° C [38] (см. Здесь для объяснения) и понижает температуру максимума плотности воды до прежней точки замерзания при 0 ° C. Вот почему в океанской воде нисходящая конвекция более холодной воды не блокируется расширением воды, поскольку она становится холоднее около точки замерзания. Холодная вода океанов около точки замерзания продолжает тонуть. Таким образом, существа, которые живут на дне холодных океанов, таких как Северный Ледовитый океан, обычно живут в воде на 4 ° C холоднее, чем на дне замерзшей воды.пресноводные озера и реки.

Когда поверхность соленой воды начинает замерзать (при -1,9 ° C [38] для морской воды с нормальной соленостью , 3,5%) образующийся лед практически не содержит соли и имеет примерно такую ​​же плотность, как и пресноводный лед. Этот лед плавает на поверхности, а «замороженная» соль увеличивает соленость и плотность морской воды прямо под ним в процессе, известном как отторжение рассола . Эта более плотная соленая вода опускается за счет конвекции, и замещающая морская вода подвергается тому же процессу. В результате получается пресноводный лед с температурой -1,9 ° C [38].на поверхности. Повышенная плотность морской воды под формирующимся льдом заставляет его опускаться ко дну. В крупном масштабе процесс отклонения рассола и опускания холодной соленой воды приводит к образованию океанских течений, которые переносят такую ​​воду от полюсов, что приводит к глобальной системе течений, называемой термохалинной циркуляцией .

Смешиваемость и конденсация [ править ]

Красная линия показывает насыщенность
Основная статья: Влажность
Смотрите также: Список смешивающихся с водой растворителей

Вода смешивается со многими жидкостями, включая этанол во всех пропорциях. Вода и большинство масел не смешиваются, обычно образуя слои в зависимости от увеличения 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 несмешиваемыми и плохо растворимыми, например, с углеводородами .

Как газ, водяной пар полностью смешивается с воздухом. С другой стороны, максимальное давление водяного пара, которое является термодинамически стабильным с жидкостью (или твердым телом) при данной температуре, относительно низкое по сравнению с общим атмосферным давлением. Например, если парциальное давление пара составляет 2% от атмосферного давления, а воздух охлаждается от 25 ° C, начиная примерно с 22 ° C вода начнет конденсироваться, определяя точку росы и создавая туман или росу.. Обратный процесс объясняет выгорание утреннего тумана. Если влажность повышается при комнатной температуре, например, при использовании горячего душа или ванны, а температура остается примерно такой же, пар вскоре достигает давления для 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 водяного пара в воздухе находится в равновесии с давлением пара из-за (жидкой) воды; вода (или лед, если она достаточно холодная) не теряет массу за счет испарения при воздействии насыщенного воздуха. Поскольку количество водяного пара в воздухе невелико, относительная влажность, отношение парциального давления водяного пара к парциальному давлению насыщенного пара является гораздо более полезным. Давление пара выше 100% относительной влажности называется перенасыщенным и может возникнуть, если воздух быстро охлаждается, например, внезапно поднимаясь при восходящем потоке. [грамм]

Давление пара [ править ]

Основная статья: Давление пара воды
Диаграммы давления паров воды

Сжимаемость [ править ]

Сжимаемости воды является функцией давления и температуры. При 0 ° C на пределе нулевого давления сжимаемость составляет5,1 × 10 −10  Па −1 . На пределе нулевого давления сжимаемость достигает минимума4,4 × 10 -10  Па -1 около 45 ° C перед тем, как снова увеличиться с повышением температуры. По мере увеличения давления сжимаемость уменьшается, составляя3,9 × 10 -10  Па -1 при 0 ° C и 100 мегапаскалей (1000 бар). [39]

Объемный модуль упругости воды составляет около 2,2 ГПа. [40] Низкая сжимаемость негазов, 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, наблюдается уменьшение объема только на 1,8%. [40]

Объемный модуль упругости водяного льда колеблется от 11,3 ГПа при 0 К до 8,6 ГПа при 273 К. [41] 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 [ править ]

Основная статья: Тройная точка § Тройная точка воды
Тройная точка твердого вещества / жидкости / пара для жидкой воды, льда I h и водяного пара в нижней левой части диаграммы состояния воды.

Температура и давление , при котором обычном твердом, жидком и газообразном вода сосуществует в равновесии является тройной точкой воды. С 1954 года эта точка использовалась для определения базовой единицы температуры, кельвина [42] [43], но, начиная с 2019 года , кельвин теперь определяется с использованием постоянной Больцмана , а не тройной точки воды. [44]

Из-за существования множества полиморфов (форм) льда вода имеет другие тройные точки, которые имеют либо три полиморфа льда, либо два полиморфа льда и жидкости в равновесии. [43] Густав Генрих Иоганн Аполлон Тамманн в Геттингене предоставил данные по нескольким другим тройным точкам в начале 20 века. Камб и другие задокументировали дальнейшие тройные точки в 1960-х годах. [45] [46] [47]

Различные тройные точки воды
Фазы в устойчивом равновесииДавлениеТемпература
жидкая вода, лед I h и водяной пар611,657 Па [48]273,16 К (0,01 ° С)
жидкая вода, лед I h и лед III209,9 МПа251 К (-22 ° С)
жидкая вода, лед III и лед V350,1 МПа-17,0 ° С
жидкая вода, лед V и лед VI632,4 МПа0,16 ° С
лед I h , лед II и лед III213 МПа−35 ° С
лед II, лед III и лед V344 МПа−24 ° С
лед II, лед V и лед VI626 МПа−70 ° С

Точка плавления [ править ]

Температура плавления льда составляет 0 ° C (32 ° F; 273 K) при стандартном давлении; однако чистая жидкая вода может быть переохлаждена значительно ниже этой температуры без замерзания, если жидкость не подвергается механическим воздействиям. Он может оставаться в жидком состоянии до точки гомогенного зародышеобразования около 231 К (-42 ° C; -44 ° F). [49] Температура плавления обычного гексагонального 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] [50] поскольку энергия стабилизации водородных связей превышается из-за межмолекулярного отталкивания, но когда лед превращается в свои полиморфы (см. кристаллические состояния льда) выше 209,9 МПа (2072 атм) температура плавления заметно возрастает с увеличением давления , т. е. достигает 355 К (82 ° C) при 2,216 ГПа (21 870 атм) (тройная точка льда VII [51] ).

Электрические свойства [ править ]

Электропроводность [ править ]

Чистая вода, не содержащая экзогенных ионов, является отличным изолятором , но даже «деионизированная» вода не может быть 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+
).

Поскольку вода является таким хорошим растворителем, в ней почти всегда растворено какое-либо растворенное вещество , часто в виде соли . Если в воде есть даже крошечное количество такой примеси, то ионы могут переносить заряды туда и обратно, что позволяет воде гораздо легче проводить электричество.

Известно, что теоретическое максимальное электрическое сопротивление воды составляет приблизительно 18,2 МОм · см (182 кОм · м) при 25 ° C. [52] 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 загрязнения солей или кислот, превышающий даже 100 частей на триллион (ppt) в сверхчистой воде в остальном, начинает заметно снижать ее удельное сопротивление на величину до нескольких кОм · м. [ необходима цитата ]

В чистой воде чувствительное оборудование может обнаруживать очень небольшую электрическую проводимость 0,05501 ± 0,0001 мкСм / см при 25,00 ° C. [52] Вода также может быть подвергнута электролизу в газообразные кислород и водород, но в отсутствие растворенных ионов это очень медленный процесс, так как ток проходит очень мало. Во льду первичными носителями заряда являются протоны (см. Протонный проводник ). [53] Ранее считалось, что лед имеет небольшую, но измеримую проводимость 1 × 10 - 10. См / см, но теперь считается, что эта проводимость почти полностью связана с поверхностными дефектами, а без них лед является изолятором с неизмеримо малой проводимостью. [31]

Полярность и водородная связь [ править ]

Смотрите также: Химическая полярность
Диаграмма, показывающая частичные заряды на атомах в молекуле воды

Важная особенность воды - ее полярная природа. Структура имеет изогнутую молекулярную геометрию для двух атомов водорода из кислородной вершины. Атом кислорода также имеет две неподеленные пары электронов. Один эффект, обычно приписываемый неподеленным парам, заключается в том, что угол изгиба газовой фазы H – O – H составляет 104,48 ° [54], что меньше типичного тетраэдрического угла 109,47 °. Неподеленные пары расположены ближе к атому кислорода, чем сигма- электроны, связанные с атомами водорода, поэтому для них требуется больше места. Повышенное отталкивание неподеленных пар сближает связи O – H друг с другом. [55]

Еще одно следствие ее структуры - вода - полярная молекула . Из - за разницы в электроотрицательности , а связь дипольного момента точки из каждого H к O, в результате чего кислород частично отрицательно и каждый представляет собой водород , частично положительным. Большой молекулярный диполь указывает из области между двумя атомами водорода на атом кислорода. Разница в заряде заставляет молекулы воды агрегироваться (относительно положительные области притягиваются к относительно отрицательным областям). Это притяжение, водородная связь , объясняет многие свойства воды, такие как ее растворяющие свойства. [56]

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 воды. Дополнительная связь между молекулами воды также придает жидкой воде большую удельную теплоемкость . Эта высокая теплоемкость делает воду хорошим теплоносителем (хладагентом) и теплозащитным экраном.

Сплоченность и сцепление [ править ]

Капли росы, прилипшие к паутине

Молекулы воды остаются близко друг к другу ( когезия ) из-за коллективного действия водородных связей между молекулами воды. Эти водородные связи постоянно разрываются, и новые связи образуются с разными молекулами воды; но в любой момент времени в образце жидкой воды большая часть молекул удерживается вместе такими связями. [57]

Вода также обладает высокими адгезионными свойствами из-за своей полярной природы. На очень чистом / гладком стекле вода может образовывать тонкую пленку, потому что молекулярные силы между стеклом и молекулами воды (силы сцепления) сильнее, чем силы сцепления. В биологических клетках и органеллах вода контактирует с гидрофильными поверхностями мембран и белков ; то есть поверхности, которые имеют сильное притяжение к воде. Ирвинг Ленгмюрнаблюдали сильную силу отталкивания между гидрофильными поверхностями. Для обезвоживания гидрофильных поверхностей - для удаления прочно удерживаемых слоев гидратной воды - требуется значительная работа против этих сил, называемых силами гидратации. Эти силы очень велики, но быстро уменьшаются на протяжении нанометра или меньше. [58] Они важны в биологии, особенно когда клетки обезвоживаются в сухой атмосфере или при замораживании внеклеточной среды. [59]

Поток дождевой воды из навеса. Среди сил, которые управляют образованием капель: поверхностное натяжение , когезия (химия) , сила Ван-дер-Ваальса , неустойчивость Плато – Рэлея .

Поверхностное натяжение [ править ]

Этот клип бумаги находится ниже уровня воды, который поднялся мягко и гладко. Поверхностное натяжение предотвращает погружение зажима в воду и вытекание воды за края стекла.
Температурная зависимость поверхностного натяжения чистой воды

Вода имеет необычно высокое поверхностное натяжение 71,99 мН / м при 25 ° C [60], что обусловлено прочностью водородной связи между молекулами воды. [61] Это позволяет насекомым ходить по воде. [61]

Капиллярное действие [ править ]

Поскольку вода обладает сильными когезионными и адгезионными силами, она проявляет капиллярное действие. [62] Сильная когезия за счет водородных связей и адгезии позволяет деревьям переносить воду более чем на 100 м вверх. [61]

Вода как растворитель [ править ]

Основная статья: Водный раствор
Наличие коллоидного карбоната кальция с высокой концентрации растворенной извести превращает воду Хавас Фолс бирюзового.

Вода - отличный растворитель из-за своей высокой диэлектрической проницаемости. [63] Вещества, которые хорошо смешиваются и растворяются в воде, известны как гидрофильные («водоотталкивающие») вещества, а те, которые плохо смешиваются с водой, известны как гидрофобные (« водобоязненные ») вещества. [64] Способность вещества растворяться в воде определяется тем, может ли вещество соответствовать сильным силам притяжения, которые молекулы воды создают между другими молекулами воды, или лучше . 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 является энергетически, но не энтропийной, благоприятной.

Когда ионное или полярное соединение попадает в воду, оно окружается молекулами воды ( гидратация ). Относительно небольшой размер молекул воды (~ 3 ангстрем) позволяет множеству молекул воды окружать одну молекулу растворенного вещества . Частично отрицательные дипольные концы воды притягиваются к положительно заряженным компонентам растворенного вещества, и наоборот, к положительным дипольным концам.

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 для молекул воды энергетически более выгодно связываться водородом друг с другом, чем участвовать во взаимодействиях Ван-дер-Ваальса с неполярными молекулами.

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

Квантовое туннелирование [ править ]

Основная статья: Квантовое туннелирование воды

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 . [65] 18 марта 2016 года было сообщено, что водородная связь может быть разорвана квантовым туннелированием в гексамере воды . В отличие от ранее описанных туннельных движений в воде, это связано с согласованным разрывом двух водородных связей. [66] Позже в том же году было сообщено об открытии квантового туннелирования молекул воды. [67]

Электромагнитное поглощение [ править ]

Основная статья: Электромагнитное поглощение водой

Вода относительно прозрачна для видимого света , ближнего ультрафиолета и дальнего красного света, но поглощает большую часть ультрафиолетового света , 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, чтобы нагревать воду внутри продуктов. Голубой цвет воды вызван слабым поглощением в красной части видимого спектра . [3] [68]

Структура [ править ]

Модель водородных связей (1) между молекулами воды

Одна молекула воды может участвовать максимум в четырех водородных связях, потому что она может принимать две связи, используя неподеленные пары кислорода, и отдавать два атома водорода. Другие молекулы, такие как фтористый водород , аммиак и метанол, также могут образовывать водородные связи. Однако они не проявляют аномальных термодинамических , кинетических или структурных свойств, подобных тем, которые наблюдаются в воде, потому что ни одна из них не может образовывать четыре водородные связи: либо они не могут отдавать или принимать атомы водорода, либо существуют стерические эффекты в объемных остатках. В воде межмолекулярный тетраэдрическийструктуры образуются из-за четырех водородных связей, тем самым образуя открытую структуру и трехмерную сетку связей, что приводит к аномальному снижению плотности при охлаждении ниже 4 ° C. Этот повторяющийся, постоянно реорганизуемый элемент определяет трехмерную сеть, распространяющуюся по всей жидкости. Эта точка зрения основана на исследованиях рассеяния нейтронов и компьютерном моделировании и имеет смысл в свете однозначно тетраэдрического расположения молекул воды в ледяных структурах.

Однако существует альтернативная теория строения воды. В 2004 году в неоднозначной статье Стокгольмского университета было высказано предположение, что молекулы воды в жидком состоянии обычно связываются не с четырьмя, а только с двумя другими; таким образом образуя цепи и кольца. Был введен 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. [69]

Молекулярная структура [ править ]

Смотрите также: Молекулярная орбитальная диаграмма § Вода

Отталкивающее воздействие двух неподеленных пар на атом кислорода заставляет воду иметь изогнутую , а не линейную молекулярную структуру [70], что позволяет ей быть полярной. Угол водород-кислород-водород составляет 104,45 °, что меньше 109,47 ° для идеальной гибридизации sp 3 . Валентная связь теория объяснение состоит в том, что одиночках пара атома кислорода является физически больше и , следовательно , занимают больше места , чем связи атома кислорода, чтобы атомы водорода. [71] молекулярные орбитали теории объяснения ( правило Бента) заключается в том, что снижение энергии несвязывающих гибридных орбиталей атома кислорода (путем присвоения им большего s-символа и меньшего p-символа) и, соответственно, повышения энергии гибридных орбиталей атома кислорода, связанных с атомами водорода (путем присвоения им большего p-символа и меньшего s характер) имеет общий эффект снижения энергии занятых молекулярных орбиталей, потому что энергия несвязывающих гибридных орбиталей атома кислорода вносит полный вклад в энергию неподеленных пар атома кислорода, в то время как энергия двух других гибридных орбиталей атома кислорода вносит вклад только частично в энергию связывающих орбиталей (остальная часть вклада исходит от 1s-орбиталей атомов водорода).

Химические свойства [ править ]

Самоионизация [ править ]

Основная статья: Самоионизация воды

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

2 ч
2O ⇌ H
3О+
+ ОН-

Константа равновесия для этой реакции, известной как ионный продукт воды, имеет значение , равное приблизительно 10 - 14 при температуре 25 ° С. При нейтральном pH концентрация гидроксид- иона ( OH-
) равняется иону (сольватированного) водорода ( H+
) со значением, близким к 10 -7 моль л -1 при 25 ° C. [72] См. Страницу данных для значений при других температурах.

Константа термодинамического равновесия представляет собой частное от 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 приближается к 1, так что мы получаем простой ионный продукт

Геохимия [ править ]

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

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

Кислотность в природе [ править ]

Дождь, как правило, умеренно кислый, с pH от 5,2 до 5,8, если в нем нет кислоты, более сильной, чем углекислый газ. [73] Если в воздухе присутствует большое количество оксидов азота и серы , они тоже растворятся в облаках и каплях дождя, вызывая кислотный дождь .

Изотопологи [ править ]

Существует несколько изотопов водорода и кислорода, что дает начало нескольким известным изотопологам воды. Венский стандарт средней океанской воды - это действующий международный стандарт для изотопов воды. Природная вода почти полностью состоит из безнейтронного изотопа водорода протия . Только 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), в котором есть два нейтрона. Кислород также имеет три стабильных изотопа, с16
О присутствует в 99,76%,17
O в 0,04% и18
O в 0,2% молекул воды. [74]

Оксид дейтерия, D
2О , также известен как тяжелая вода из-за его более высокой плотности. Он используется в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов . Тритий радиоактивен , распадается с периодом полураспада 4500 дней; THO существует в природе только в ничтожных количествах и производится главным образом в результате ядерных реакций в атмосфере, вызванных космическими лучами. Вода с одним протием и одним атомом дейтерия HDO встречается в природе в обычной воде в низких 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
2O и D
2O , помимо простой разницы в удельной массе, включает свойства, на которые влияет водородная связь, например замерзание и кипение, а также другие кинетические эффекты. Это связано с тем, что ядро ​​дейтерия вдвое тяжелее протия, и это вызывает заметные различия в энергиях связи. Разница в точках кипения позволяет разделить изотопологи. Самодиффузии коэффициент H
2O при 25 ° C на 23% выше, чем значение D
2O . [75] Поскольку молекулы воды обмениваются атомами водорода друг с другом, оксид водорода дейтерия (DOH) гораздо чаще встречается в тяжелой воде низкой чистоты, чем чистый моноксид дидейтерия D.
2O .

Потребление чистого изолированного D
2O может влиять на биохимические процессы - прием внутрь больших количеств нарушает функцию почек и центральной нервной системы. Небольшие количества можно употреблять без каких-либо побочных эффектов; люди, как правило, не замечают различий во вкусе [76], но иногда сообщают о жжении [77] или сладком вкусе. [78] Чтобы токсичность стала очевидной, необходимо употребить очень большое количество тяжелой воды. Однако крысы могут избегать тяжелой воды по запаху, и она токсична для многих животных. [79]

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

Происшествие [ править ]

Вода - самое распространенное вещество на Земле, а также третья по численности молекула во Вселенной после H
2и CO . [21] 0,23 промилле массы Земли составляет вода, а 97,39% мирового объема воды 1,38 × 10 9 км 3 находится в океанах. [80]

Реакции [ править ]

Кислотно-основные реакции [ править ]

Вода амфотерна : она может действовать как кислота или основание в химических реакциях. [81] Согласно определению Бренстеда-Лоури , кислота - это протон ( H+) донор, а основание - акцептор протонов. [82] При реакции с более сильной кислотой вода действует как основание; при взаимодействии с более сильным основанием действует как кислота. [82] Например, вода получает H+
ион из HCl при образовании соляной кислоты :

HCl
(кислота) + ЧАС
2О
(основание)⇌ H
3О+
+ Cl-

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

NH
3
(основание) + ЧАС
2О
(кислота)⇌ NH+
4+ ОН-

Поскольку атом кислорода в воде имеет две неподеленные пары , вода часто действует как основание Льюиса или донор электронных пар в реакциях с кислотами Льюиса , хотя она также может реагировать с основаниями Льюиса, образуя водородные связи между донорами электронных пар и атомы водорода воды. Теория HSAB описывает воду как слабую твердую кислоту и слабое твердое основание, что означает, что она предпочтительно вступает в реакцию с другими твердыми частицами:

ЧАС+

(Кислота Льюиса) + ЧАС
2О
(База Льюиса)→ H
3О+
Fe3+

(Кислота Льюиса) + ЧАС
2О
(База Льюиса)→ Fe ( H
2O )3+
6
Cl-

(База Льюиса) + ЧАС
2О
(Кислота Льюиса)→ Cl ( H
2O )-
6

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

Na
2CO
3+ H
2О ⇌ NaOH + NaHCO
3

Химия лигандов [ править ]

Характер основания Льюиса воды делает его общим лигандом в комплексах переходных металлов , примеры которых включают комплексы aquo металлов, такие как Fe (H
2O)2+
6в перреновую кислоту , которая содержит две молекулы воды, координированные с центром рения . В твердых гидратах вода может быть либо лигандом, либо просто заключенной в каркас, либо и тем, и другим. Таким образом, FeSO4· 7H2О состоит изцентров[Fe 2 (H 2 O) 6 ] 2+ и одной «решетчатой ​​воды». Вода обычно является монодентатным лигандом, т. Е. Образует только одну связь с центральным атомом. [83]

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

Органическая химия [ править ]

Вода как твердое основание легко вступает в реакцию с органическими карбокатионами ; например, в реакции гидратации гидроксильная группа ( OH-
) и кислотный протон присоединяются к двум атомам углерода, связанным вместе двойной связью углерод-углерод, в результате получается спирт. Когда добавление воды к органической молекуле расщепляет молекулу на две части, происходит гидролиз . Яркими примерами гидролиза являются омыление жиров и расщепление 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 [ править ]

Вода содержит водород в степени окисления +1 и кислород в степени окисления -2. [84] Он окисляет химические вещества, такие как гидриды , щелочные металлы и некоторые щелочноземельные металлы. [85] [86] Одним из примеров реакции щелочного металла с водой является: [87]

2 Na + 2 H
2O → H
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. [88] Следует отметить , что коррозия из железа представляет собой реакция между железом и кислородом [89] , который растворяется в воде, а не между железом и водой.

Вода может окисляться с выделением газообразного кислорода, но очень немногие окислители вступают в реакцию с водой, даже если их восстановительный потенциал больше, чем потенциал O
2/ЧАС
2O . Почти все такие реакции требуют катализатора . [90] Пример окисления воды:

4 AgF
2+ 2 часа
2О → 4 AgF + 4 HF + O
2

Электролиз [ править ]

Основная статья: Электролиз воды

Воду можно разделить на составляющие элементы, водород и кислород, пропуская через нее электрический ток. [91] Этот процесс называется электролизом. Катодная полуреакция:

2 ч+
 + 2
е-
→ H
2

Половина реакции анода:

2 ч
2О → О
2+ 4 часа+
 + 4
е-

Газы образовывали пузыри на поверхности, где их можно было собрать или зажечь пламенем над водой, если это было намерением. Требуемый потенциал для электролиза чистой воды составляет 1,23 В при 25 ° C. [91] Рабочий потенциал составляет 1,48 В или выше при практическом электролизе.

История [ править ]

Генри Кавендиш показал, что вода состоит из кислорода и водорода в 1781 году. [92] Первое разложение воды на водород и кислород с помощью электролиза было сделано в 1800 году английскими химиками Уильямом Николсоном и Энтони Карлайлом . [92] [93] В 1805 году Джозеф Луи Гей-Люссак и Александр фон Гумбольдт показали, что вода состоит из двух частей водорода и одной части кислорода. [94]

Гилберт Ньютон Льюис выделил первый образец чистой тяжелой воды в 1933 году [95].

Свойства воды исторически использовались для определения различных температурных шкал . Примечательно, что шкалы Кельвина , Цельсия , Ренкина и Фаренгейта определялись или в настоящее время определяются точками замерзания и кипения воды. Аналогичным образом были определены менее распространенные шкалы Делиля , Ньютона , Реомюра и Рёмера . Тройная точка воды является более широко используется стандартная точка сегодня.

Номенклатура [ править ]

Принятое IUPAC название воды oxidane или просто вода , [96] или его эквивалент на разных языках, хотя существуют и другие систематические имена , которые могут быть использованы для описания молекулы. Оксидан предназначен только для использования в качестве названия одноядерного исходного гидрида, используемого для обозначения производных воды по номенклатуре заместителей . [97] У этих производных обычно есть другие рекомендуемые названия. Например, название гидроксил рекомендуется вместо оксиданила.для группы –ОН. Название оксан явно упоминается IUPAC как непригодное для этой цели, поскольку это уже название циклического эфира, также известного как тетрагидропиран . [98] [99]

Самое простое систематическое название воды - оксид водорода . Это аналогично родственным соединениям, таким как перекись водорода , сероводород и оксид дейтерия (тяжелая вода). Используя химическую номенклатуру для I ионных бинарных соединений типа , вода будет принимать имя монооксид водорода , [100] , но это не входит в число имен , опубликованных Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC). [96] Другое название - монооксид дигидрогена , которое является редко используемым названием воды и чаще всего используется в пародии на монооксид дигидрогена .

Другие систематические названия воды включают гидроксиковую кислоту , гидроксильную кислоту и гидроксид водорода , используя названия кислот и оснований. [j] Ни одно из этих экзотических имен не используется широко. Поляризованная форма молекулы воды H+
ОЙ-
, также называется гидроксидом гидрона по номенклатуре ИЮПАК. [101]

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

См. Также [ править ]

  • Химическая связь H2O
  • Вода (страница данных)
  • Обман монооксида дигидрогена
  • Бидистиллированная вода
  • Электромагнитное поглощение водой
  • Водная модель
  • Динамика жидкостей
  • Оптические свойства воды и льда
  • Перегретая вода
  • Полиоксид водорода
  • Вязкость воды
  • Водный кластер
  • Димер воды
  • Эксперимент с водяной нитью

Сноски [ править ]

  1. ^ a b Венская стандартная средняя океаническая вода (VSMOW), используемая для калибровки, плавится при 273,1500089 (10) K (0,000089 (10) ° C и кипит при 373,1339 K (99,9839 ° C). Другие изотопные составы плавятся или вскипают при незначительной температуре разные температуры.
  2. ^ Обычно цитируемое значение 15,7, используемое в основном в органической химии для pK a воды, неверно. [11] [12]
  3. ^ a b H + представляет собой H
    3    О+
    (ЧАС
    2    O)
    п     и более сложные ионы, которые образуются.
  4. ^ Отрицательное тепловое расширение также наблюдается в расплавленном кремнеземе . [32] Кроме того, довольно чистый кремний имеет отрицательный коэффициент теплового расширения для температур от 18 до 120 кельвинов . [33]
  5. ^ Другие вещества, расширяющиеся при замерзании: кремний ( точка плавления 1687 K (1414 ° C, 2577 ° F)), галлий (точка плавления 303 K (30 ° C, 86 ° F), германий (точка плавления 1211 K). (938 ° C; 1720 ° F)), сурьма (точка плавления 904 K (631 ° C; 1168 ° F)) и висмут (точка плавления 545 K (272 ° C; 521 ° F))
  6. ^ (1-0,95865 / 1,00000) × 100% = 4,135%
  7. ^ Адиабатическое охлаждение в результате закона идеального газа .
  8. ^ Источник дает 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 , получается 0,0073 ° C / атм.
  9. ^ Используя тот факт, что 0,5 / 0,0073 = 68,5.
  10. ^ Для воды существуют названия как кислоты, так и основания, потому что она амфотерная (может реагировать как кислота, так и щелочь).

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ "название молекулярных соединений" . www.iun.edu . Проверено 1 октября 2018 года . Иногда эти соединения имеют общие или общие названия (например, H2O - «вода»), а также систематические названия (например, H2O, монооксид дигидрогена).
  2. ^ «Определение Hydrol» . Мерриам-Вебстер . Проверено 21 апреля 2019 года .
  3. ^ a b c Браун, Чарльз Л .; Смирнов, Сергей Н. (1993-08-01). "Почему вода голубая?" (PDF) . Журнал химического образования . 70 (8): 612. Bibcode : 1993JChEd..70..612B . DOI : 10.1021 / ed070p612 . ISSN 0021-9584 .  
  4. ^ Риддик 1970 , Таблица физических свойств, Вода 0b. стр. 67-8.
  5. ^ Lide 2003 , Свойства льда и переохлажденной воды в разделе 6.
  6. ^ Вода в Линстроме, Питер Дж .; Маллард, Уильям Г. (ред.); Веб-книга NIST Chemistry, стандартная справочная база данных NIST номер 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд), http://webbook.nist.gov (получено 27 мая 2016 г.)
  7. ^ a b c Анатольевич, Кипер Руслан. «Свойства вещества: вода» .
  8. ^ Lide 2003 , Давление водяного пара от 0 до 370 ° C в разд. 6.
  9. ^ Lide 2003 , Глава 8: Константы диссоциации неорганических кислот и оснований.
  10. ^ Weingärtner et al. 2016 , стр. 13.
  11. ^ "Что такое pKa воды" . Калифорнийский университет в Дэвисе . 2015-08-09.
  12. ^ Сильверштейн, Тодд П .; Хеллер, Стивен Т. (17 апреля 2017 г.). «Ценности pKa в учебной программе бакалавриата: что такое настоящая pKa воды?». Журнал химического образования . 94 (6): 690–695. Bibcode : 2017JChEd..94..690S . DOI : 10.1021 / acs.jchemed.6b00623 .
  13. ^ Рамирес, Мария LV; Кастро, Карлос А. Ньето де; Нагасака, Ючи; Нагашима, Акира; Assael, Marc J .; Уэйкхэм, Уильям А. (1995-05-01). «Стандартные справочные данные по теплопроводности воды». Журнал физических и химических справочных данных . 24 (3): 1377–1381. Bibcode : 1995JPCRD..24.1377R . DOI : 10.1063 / 1.555963 . ISSN 0047-2689 . 
  14. ^ Lide 2003 , 8 - Концентрационные свойства водных растворов: плотность, показатель преломления, понижение точки замерзания и вязкость.
  15. ^ Лида 2003 , 6,186.
  16. ^ Лида 2003 , 9-дипольные моменты.
  17. ^ a b c Вода в Линстреме, Питер Дж .; Маллард, Уильям Г. (ред.); Веб-книга NIST Chemistry, стандартная справочная база данных NIST номер 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд), http://webbook.nist.gov (получено 01.06.2014)
  18. ^ Greenwood & Эрншо 1997 , стр. 620.
  19. ^ "Вода, универсальный растворитель" . Министерство внутренних дел США. usgs.gov (веб-сайт). Соединенные Штаты Америки: USGS. 22 октября 2019 . Проверено 15 декабря 2020 года .
  20. ^ Рис и др. 2013 , стр. 48.
  21. ^ a b c Weingärtner et al. 2016 , стр. 2.
  22. ^ Рис и др. 2013 , стр. 44.
  23. ^ «Константа автопротолиза» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . ИЮПАК. 2009. DOI : 10,1351 / goldbook.A00532 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
  24. ^ Кэмпбелл, Уильямсон и Хейден 2006 .
  25. ^ Смит, Джаред Д .; Кристофер Д. Каппа; Кевин Р. Уилсон; Рональд С. Коэн; Филипп Л. Гейслер; Ричард Дж. Сайкалли (2005). «Единое описание температурно-зависимых перестроек водородных связей в жидкой воде» (PDF) . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (40): 14171–14174. Bibcode : 2005PNAS..10214171S . DOI : 10.1073 / pnas.0506899102 . PMC 1242322 . PMID 16179387 .   
  26. ^ Дегучи, Сигэру; Цудзи, Каору (19 июня 2007 г.). «Сверхкритическая вода: восхитительная среда для мягкого вещества». Мягкая материя . 3 (7): 797. Bibcode : 2007SMat .... 3..797D . DOI : 10.1039 / b611584e . ISSN 1744-6848 . 
  27. ^ Райн, М .; Ринтул, SR (2013). «3: Наблюдения: Океан» (PDF) . МГЭИК, WGI AR5 (Отчет). п. 257. Потепление океана доминирует в глобальной инвентаризации изменений энергии. На потепление океана приходится около 93% увеличения запасов энергии Земли в период с 1971 по 2010 год (высокая степень достоверности), при этом на потепление в верхних слоях океана (от 0 до 700 м) приходится около 64% ​​от общего количества. Остальные изменения энергии объясняются таянием льдов (включая арктический морской лед, ледовые щиты и ледники) и потеплением континентов и атмосферы.
  28. ^ Лиде 2003 , Глава 6: Свойства льда и переохлажденной воды.
  29. ^ Lide 2003 , 6. Свойства воды и пара в зависимости от температуры и давления.
  30. ^ «Указ о мерах и весах» . 7 апреля 1795 г. « Грамм» , «Абсолютный объем воды», чистая вода в кубе сантиметров, одна из частей света и температура воды ».
  31. ^ a b c d Greenwood & Earnshaw 1997 , стр. 625.
  32. ^ Shell, Скотт М .; Debenedetti, Pablo G .; Панагиотопулос, Афанассиос З. (2002). «Молекулярный структурный порядок и аномалии в жидком кремнеземе» (PDF) . Phys. Rev. E . 66 (1): 011202. arXiv : cond-mat / 0203383 . Bibcode : 2002PhRvE..66a1202S . DOI : 10.1103 / PhysRevE.66.011202 . PMID 12241346 . S2CID 6109212 . Архивировано из оригинального (PDF) 4 июня 2016 года . Проверено 7 июля 2009 .   
  33. ^ Bullis, У. Мюррей (1990). «Глава 6» . В O'Mara, William C .; Селедка, Роберт Б .; Хант, Ли П. (ред.). Справочник по технологии полупроводникового кремния . Парк-Ридж, Нью-Джерси: Публикации Noyes. п. 431. ISBN. 0-8155-1237-6. Проверено 11 июля 2010 .
  34. ^ a b c d e Перлман, Ховард. «Плотность воды» . Школа водных наук Геологической службы США . Проверено 3 июня 2016 .
  35. ^ Loerting, Томас; Зальцманн, Кристоф; Коль, Ингрид; Майер, Эрвин; Халльбрукер, Андреас (01.01.2001). «Второе отчетливое структурное« состояние »аморфного льда высокой плотности при 77 К и давлении 1 бар». Физическая химия Химическая физика . 3 (24): 5355–5357. Bibcode : 2001PCCP .... 3.5355L . DOI : 10.1039 / b108676f . ISSN 1463-9084 . 
  36. ^ Greenwood & Эрншо 1997 , стр. 624.
  37. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 493.
  38. ^ a b c "Может ли океан замерзнуть?" . Национальная океаническая служба . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 9 июня 2016 .
  39. ^ Хорошо, РА; Миллеро, FJ (1973). «Сжимаемость воды как функция температуры и давления». Журнал химической физики . 59 (10): 5529. Bibcode : 1973JChPh..59.5529F . DOI : 10.1063 / 1.1679903 .
  40. ^ а б Нейв, Р. "Объемные упругие свойства" . Гиперфизика . Государственный университет Джорджии . Проверено 26 октября 2007 .
  41. Перейти ↑ Neumeier, JJ (2018). «Константы упругости, объемный модуль и сжимаемость льда H 2 O Ih для диапазона температур 50–273 К». Журнал физических и химических справочных данных . 47 (3): 033101. DOI : 10,1063 / 1,5030640 .
  42. ^ "Определения базовой единицы: Кельвин" . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 9 августа 2018 .
  43. ^ a b Weingärtner et al. 2016 , стр. 5.
  44. ^ Труды 106-го заседания (PDF) . Международный комитет мер и весов . Севр. 16–20 октября 2017 г.
  45. ^ Шлютер, Оливер (2003-07-28). «Воздействие процессов высокого давления - низкой температуры на ячеистые материалы, связанные с пищевыми продуктами» (PDF) . Технический университет Берлина. Архивировано из оригинального (PDF) 09 марта 2008 года. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  46. ^ Тамманн, Густав HJA (1925). «Состояния агрегирования». Констебль и компания. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  47. ^ Льюис и Райс 1922 .
  48. ^ Мерфи, DM (2005). «Обзор давления пара льда и переохлажденной воды для атмосферных применений» . Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 131 (608): 1539–1565. Bibcode : 2005QJRMS.131.1539M . DOI : 10.1256 / qj.04.94 .
  49. ^ Дебенедетти, PG; Стэнли, HE (2003). «Переохлажденная и стекловидная вода» (PDF) . Физика сегодня . 56 (6): 40–46. Bibcode : 2003PhT .... 56f..40D . DOI : 10.1063 / 1.1595053 .
  50. Перейти ↑ Sharp 1988 , p. 27.
  51. ^ "Пересмотренный выпуск давления вдоль кривых плавления и сублимации обычных водных веществ" (PDF) . IAPWS . Сентябрь 2011 . Проверено 19 февраля 2013 .
  52. ^ а б Лайт, Трумэн С .; Лихт, Стюарт; Bevilacqua, Anthony C .; Мораш, Кеннет Р. (01.01.2005). «Основные проводимость и удельное сопротивление воды». Электрохимические и твердотельные письма . 8 (1): E16 – E19. DOI : 10.1149 / 1.1836121 . ISSN 1099-0062 . 
  53. ^ Crofts, A. (1996). «Лекция 12: Протонная проводимость, стехиометрия» . Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн . Проверено 6 декабря 2009 .
  54. ^ Хой, АР; Бункер, PR (1979). «Точное решение изгибающего вращения уравнения Шредингера для трехатомной молекулы применительно к молекуле воды». Журнал молекулярной спектроскопии . 74 (1): 1–8. Bibcode : 1979JMoSp..74 .... 1H . DOI : 10.1016 / 0022-2852 (79) 90019-5 .
  55. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 393.
  56. ↑ Кэмпбелл и Фаррелл, 2007 , стр. 37–38.
  57. ^ Campbell & Reece 2009 , стр. 47.
  58. ^ Кьяваццо, Элиодоро; Фазано, Маттео; Асинари, Пьетро; Декуцци, Паоло (2014). «Масштабирование поведения для переноса воды в наноконфигурациях» . Nature Communications . 5 : 4565. Bibcode : 2014NatCo ... 5.4565C . DOI : 10.1038 / ncomms4565 . PMC 3988813 . PMID 24699509 .  
  59. ^ "Физические силы, организующие биомолекулы" (PDF) . Биофизическое общество . Архивировано 7 августа 2007 года. CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  60. ^ Lide 2003 , Поверхностное натяжение обычных жидкостей.
  61. ^ a b c Рис и др. 2013 , стр. 46.
  62. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 458-459.
  63. ^ Greenwood & Эрншо 1997 , стр. 627.
  64. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 518.
  65. ^ Pugliano, Н. (1992-11-01). «Вибро-вращательно-туннельная динамика в малых водных кластерах» . Lawrence Berkeley Lab, Калифорния (США):. 6. дои : 10,2172 / 6642535 . ОСТИ 6642535 .  Cite journal requires |journal= (help)
  66. ^ Ричардсон, Джереми О .; Перес, Кристобаль; Лобсигер, Саймон; Reid, Adam A .; Темелсо, Берхане; Шилдс, Джордж С .; Кисель, Збигнев; Уэльс, Дэвид Дж .; Pate, Brooks H .; Олторп, Стюарт К. (18 марта 2016 г.). «Согласованный разрыв водородной связи путем квантового туннелирования в призме гексамера воды» . Наука . 351 (6279): 1310–1313. Bibcode : 2016Sci ... 351.1310R . DOI : 10.1126 / science.aae0012 . ISSN 0036-8075 . PMID 26989250 .  
  67. ^ Колесников, Александр I. (2016-04-22). «Квантовое туннелирование воды в берилле: новое состояние молекулы воды» . Письма с физическим обзором . 116 (16): 167802. Bibcode : 2016PhRvL.116p7802K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.167802 . PMID 27152824 . 
  68. ^ Папа; Фрай (1996). «Спектр поглощения (380-700 нм) чистой воды. II. Измерения интегрированной полости». Прикладная оптика . 36 (33): 8710–23. Bibcode : 1997ApOpt..36.8710P . DOI : 10,1364 / ao.36.008710 . PMID 18264420 . 
  69. ^ Болл, Филипп (2008). «Вода - непреходящая загадка». Природа . 452 (7185): 291–292. Bibcode : 2008Natur.452..291B . DOI : 10.1038 / 452291a . PMID 18354466 . S2CID 4365814 .  
  70. ^ Гоник, Ларри; Колыбель, Крэйг (2005-05-03). «Глава 3 Единение». Мультяшный справочник по химии (1-е изд.). HarperResource. п. 59 . ISBN 9780060936778. Вода, H 2 O, аналогична. У него две пары электронов, к которым ничего не прикреплено. Их тоже нужно учитывать. Такие молекулы, как NH 3 и H 2 O, называются изогнутыми .
  71. ^ Теодор Л. Браун; и другие. (2015). «9.2 Модель Всепр» . Химия: центральная наука (13-е изд.). п. 351. ISBN. 978-0-321-91041-7. Проверено 21 апреля 2019 года . Обратите внимание, что валентные углы уменьшаются с увеличением количества несвязывающих электронных пар. Связующая пара электронов притягивается обоими ядрами связанных атомов, а несвязывающая пара притягивается в основном только одним ядром. Поскольку несвязывающая пара испытывает меньшее ядерное притяжение, ее электронный домен разбросан в пространстве больше, чем электронный домен связывающей пары (рис. 9.7). Поэтому несвязывающие электронные пары занимают больше места, чем связывающие пары; по сути, они действуют как большие и более толстые воздушные шары в нашей аналогии с рис. 9.5. В результате электронные домены для несвязывающих электронных пар оказывают большие силы отталкивания на соседние электронные домены и имеют тенденцию сжимать валентные углы.
  72. Перейти ↑ Boyd 2000 , p. 105.
  73. Перейти ↑ Boyd 2000 , p. 106.
  74. ^ «Руководство по использованию фундаментальных физических констант и основных констант воды» (PDF) . IAPWS . 2001 г.
  75. ^ Харди, Эдме Х .; Зыгарь, Астрид; Zeidler, Manfred D .; Хольц, Манфред; Захер, Фрэнк Д. (2001). «Изотопный эффект на поступательное и вращательное движение в жидкой воде и аммиаке». J. Chem. Phys . 114 (7): 3174–3181. Bibcode : 2001JChPh.114.3174H . DOI : 10.1063 / 1.1340584 .
  76. ^ Юри, Гарольд С .; и другие. (15 марта 1935 г.). «О вкусе тяжелой воды». Наука . 81 (2098). Нью-Йорк: The Science Press. п. 273. Bibcode : 1935Sci .... 81..273U . DOI : 10.1126 / science.81.2098.273-а .
  77. ^ «Экспериментатор пьет« тяжелую воду »по цене 5000 долларов за кварту» . Ежемесячно научно-популярный . 126 (4). Нью-Йорк: Popular Science Publishing. Апрель 1935 г. с. 17 . Проверено 7 января 2011 .
  78. Перейти ↑ Müller, Grover C. (июнь 1937 г.). «Является ли« Тяжелая вода »источником молодости?» . Ежемесячно научно-популярный . 130 (6). Нью-Йорк: Popular Science Publishing. С. 22–23 . Проверено 7 января 2011 .
  79. ^ Миллер, Инглис Дж., Младший; Мозер, Грегори (июль 1979 г.). «Вкусовые реакции на оксид дейтерия». Физиология и поведение . 23 (1): 69–74. DOI : 10.1016 / 0031-9384 (79) 90124-0 . PMID 515218 . S2CID 39474797 .  
  80. ^ Weingärtner et al. 2016 , стр. 29.
  81. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 659.
  82. ^ a b Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 654.
  83. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 984.
  84. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 171.
  85. ^ «Гидриды» . Chemwiki . Калифорнийский университет в Дэвисе . Проверено 25 июня 2016 .
  86. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 932, 936.
  87. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 338.
  88. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 862.
  89. ^ Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 981.
  90. Перейти ↑ Charlot 2007 , p. 275.
  91. ^ a b Zumdahl & Zumdahl 2013 , стр. 866.
  92. ^ a b Greenwood & Earnshaw 1997 , стр. 601.
  93. ^ "Предприятие и электролиз ..." Королевское химическое общество . Август 2003 . Проверено 24 июня 2016 .
  94. ^ «Жозеф Луи Гей-Люссак, французский химик (1778–1850)» . Энциклопедия 1902 года . Сноска 122-1 . Проверено 26 мая 2016 .
  95. ^ Льюис, GN; Макдональд, RT (1933). «Концентрация изотопа Н2». Журнал химической физики . 1 (6): 341. Полномочный код : 1933JChPh ... 1..341L . DOI : 10.1063 / 1.1749300 .
  96. ^ a b Leigh, Favre & Metanomski 1998 , стр. 34.
  97. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 85.
  98. ^ Leigh, Фавр и Metanomski 1998 , стр. 99.
  99. ^ «Тетрагидропиран» . Pubchem . Национальные институты здоровья . Проверено 31 июля 2016 .
  100. ^ Leigh, Фавр и Metanomski 1998 , стр. 27-28.
  101. ^ "Резюме соединения для CID 22247451" . База данных Pubchem Compound . Национальный центр биотехнологической информации.

Библиография [ править ]

  • Бойд, Клод Э. (2000). «pH, двуокись углерода и щелочность». Качество воды . Бостон, Массачусетс: Спрингер. С. 105–122. DOI : 10.1007 / 978-1-4615-4485-2_7 . ISBN 9781461544852.
  • Кэмпбелл, Мэри К .; Фаррелл, Шон О. (2007). Биохимия (6-е изд.). Cengage Learning. ISBN 978-0-495-39041-1.
  • Кэмпбелл, Нил А .; Рис, Джейн Б. (2009). Биология (8-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-8053-6844-4.
  • Кэмпбелл, Нил А .; Уильямсон, Брэд; Хейден, Робин Дж. (2006). Биология: изучение жизни . Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0-13-250882-7.
  • Шарло, Г. (2007). Качественный неорганический анализ . Читать книги. ISBN 978-1-4067-4789-8.
  • Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  • Международный союз чистой и прикладной химии (22 ноября 2005 г.). Номенклатура неорганической химии: Рекомендации ИЮПАК 2005 г. (PDF) . Королевское химическое общество. ISBN 978-0-85404-438-2. Проверено 31 июля 2016 .
  • Ли, ГДж; Favre, H.A; Метаномски, WV (1998). Принципы химической номенклатуры: руководство по рекомендациям IUPAC (PDF) . Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 978-0-86542-685-6. OCLC  37341352 . Архивировано из оригинального (PDF) 26 июля 2011 года.
  • Льюис, Уильям CM; Райс, Джеймс (1922). Система физической химии . Longmans, Green and Co.
  • Лиде, Дэвид Р. (19.06.2003). Справочник CRC по химии и физике, 84-е издание . Справочник CRC . CRC Press. ISBN 9780849304842.
  • Рис, Джейн Б.; Урри, Лиза А .; Каин, Майкл Л .; Вассерман, Стивен А .; Минорский, Петр V .; Джексон, Роберт Б. (2013-11-10). Кэмпбелл Биология (10-е изд.). Бостон, штат Массачусетс: Пирсон. ISBN 9780321775658.
  • Риддик, Джон (1970). Физические свойства органических растворителей и методы очистки . Методы химии. Wiley-Interscience. ISBN 978-0471927266.
  • Шарп, Роберт Филлип (1988-11-25). Живой лед: понимание ледников и оледенения . Издательство Кембриджского университета. п. 27 . ISBN 978-0-521-33009-1.
  • Вайнгертнер, Германн; Тирманн, Илка; Борхерс, Ульрих; Бальсаа, Питер; Lutze, Holger V .; Schmidt, Torsten C .; Франк, Эрнст Ульрих; Виганд, Габриэле; Дахмен, Николай; Шведт, Георг; Frimmel, Fritz H .; Гордалла, Биргит К. (2016). «Вода, 1. Свойства, анализ и гидрологический цикл». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI : 10.1002 / 14356007.a28_001.pub3 . ISBN 9783527306732.
  • Zumdahl, Steven S .; Зумдал, Сьюзан А. (2013). Химия (9-е изд.). Cengage Learning . ISBN 978-1-13-361109-7.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бен-Наим А. (2011), Молекулярная теория воды и водных растворов , World Scientific

Внешние ссылки [ править ]

  • «Свойства и измерения воды» . Геологическая служба США . 2 мая 2016 года . Проверено 31 августа 2016 года .
  • Выпуск по формуле IAPWS 1995 для термодинамических свойств обычных водных веществ для общего и научного использования (более простая формулировка)
  • Онлайн-калькулятор с использованием дополнительного выпуска IAPWS о свойствах жидкой воды при 0,1 МПа, сентябрь 2008 г.
  • Чаплин, Мартин. «Структура воды и наука» . Лондонский университет Южного берега . Проверено 23 ноября 2020 .
  • Расчет давления пара , плотности жидкости , динамической вязкости жидкости и поверхностного натяжения воды
  • Калькулятор плотности воды
  • Почему в моем напитке плавает лед? , НАСА