Структура молекулы воды

С современной позиции форма молекулы воды Н₂О может быть представлена в виде электронного облака. Атом кислорода расположен в его центре, а два атома водорода с положительными зарядами – в противоположных углах нижней грани условного куба. Угол между электронными орбиталями равен 105. Расстояние между атомами О и Н равно ~0,1нм.

Молекула воды очень устойчива, т.к. атомы О и Н связаны друг с другом ковалентной связью (О-Н). В то же время, водород одной молекулы воды притягивается к отрицательному заряду кислорода другой молекулы с помощью водородной связи. Ковалентные связи прочные, а водородные легко рвутся, т.к. расстояние между Н и О в этой связи в 3 раза больше, чем в ковалентной.

Наличие водородной связи объясняет многие аномальные свойства воды, в том числе и ее очень высокую растворяющую способность, что играет огромную роль в геохимических процессах.

Особенностью структуры молекулы льда являются повышенные межатомные расстояния, что делает эту структуру как бы «рыхлой».

Аномальные свойства воды

	Аномальные свойства воды	Сравнительная характеристика
1	Теплоемкость (уд. теплоемкость 4,19Дж)	Наиболее высокая среди всех твердых и жидких веществ, за исключением NH3
2	Скрытая теплота плавления (0,3 кДж/г)	Наиболее высокая, за исключением NH3
3	Скрытая теплота испарения (2,3 кДж/г)	Наиболее высокая из всех веществ
4	Тепловое расширение (температура максимальной плотности для воды 4С)	Температура максимальной плотности уменьшается при повышении солености. С понижением температуры до 0С или с повышением до 100С плотность уменьшается
5	Поверхностное натяжение	Наиболее высокая из всех жидкостей
6	Растворяющая способность	Вода обладает наиболее высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет растворять большинство веществ и в больших количествах, чем в других жидкостях
7	Диэлектрическая постоянная	Наиболее высокая из всех жидкостей
8	Электролитическая диссоциация	Очень мала (нейтральное вещество, но все жидкости содержат ионы Н^+ и ОН^-)
9	Теплопроводность	Наиболее высокая из всех жидкостей
10	Плотность	С увеличением солености воды плотность увеличивается

Важное свойство воды – уменьшение вязкости с повышением давления, что приводит к увеличению ее подвижности в глубинных горизонтах земной коры, где давление превышает 500 и 1000 атмосфер.

Природные воды – это сложные многокомпонентные растворы, в которых присутствуют минеральные вещества, органические вещества, радиоактивные компоненты, газ, микроорганизмы. В настоящее время в составе воды обнаружено до 85 (из 105) элементов таблицы Менделеева.

В жидком состоянии происходит электролитическая диссоциация воды: Н₂ОН⁺+ОН^-. Она увеличивается с повышением температуры.

Концентрация Н⁺ и ОН^- в воде определяют кислотность или щелочность воды. Обычно используется водородный показатель для определения кислотности среды. Он представляет отрицательный логарифм концентрации водородных ионов: рН = -lg(Н⁺).

В нейтральной среде рН=7, в этом случае [Н⁺]=[ОН^-]=10^-7. В щелочной среде [Н⁺]<[ОН^-] и рН>7, в кислотной среде [Н⁺]>[ОН^-] и рН<7.

Диапазон изменения рН в природных водах очень широк – от 1 (воды кислых термальных источников) до 9 (воды щелочных почв). Величина рН морской воды обычно равна 8, речных вод – 7, дождевых вод – 6. Однако антропогенные процессы изменяют значения рН многих природных вод («кислотные» дожди, рудничные воды и т.д.).

Условно в гидросфере выделяют морские (океанические) воды и воды континентальные.

8