水的結(jié)構(gòu)及其模型

更新時間：2018-01-10

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一、水分子結(jié)構(gòu)

H2O分子結(jié)構(gòu)中，是以O(shè)核為頂?shù)牡妊切巍Ｔ谒魵夥肿又袦y定：O-H距離為0.9568埃，H-H距離為1.54埃，H-O-H的鍵角為105°3′（or104.5°）

氫原子的電子構(gòu)型為1S1，氧原子的電子構(gòu)型為1S22S22P4。氧的2S22P4等6個電子以不等性SP³雜化規(guī)道與兩個氫原子的1 S1電子結(jié)合為4對，構(gòu)成O-H共價鍵及兩對孤對電子。

H-O-H所在平面與孤對電子所在平面是相互垂直的。

氫原子的S電子云與氧原子的P電子云相重疊，形成整個水分子的統(tǒng)一電子云，其電子云密度主要集中在氧核附近。從而構(gòu)成氧端帶負電、氫端帶正電的典型極性分子。

水分子的偶極距很大，μ=1.84德拜。----極性甚強。

圖1-1 水的分子結(jié)構(gòu)

二、液態(tài)水的結(jié)構(gòu)

水在液態(tài)下不是以單個水分子的形式存在，而是通過氫鍵產(chǎn)生締合分子。

水的締合是放熱過程，所以溫度升高，水的締合程度下降，即（H₂O）_x的x值減小。在高溫時，水主要以單分子狀態(tài)存在。溫度降低時水的締合度增大，即（H₂O）_x的x值增大。273.16K時水結(jié)成冰，全部水分子締合成一個巨大締合分子。

每個水分子可以同相接近的另外四個水分子生成四個氫鍵。五個水分子之間就形成了四個氫鍵。

氫鍵能并不是高，但它的數(shù)目多，切可在三維方向延伸展開，若全部飽和，總的氫鍵結(jié)合能可達10.2kcal/mol，對分子間作用來說已相當大。

氣態(tài)的水分子大多是單個分子，間或有二聚體，很少三聚體。

三、冰的結(jié)構(gòu)

冰中的每一個水分子都被相鄰的四個水分子包圍，每個水分子位于變形四面體的頂點，冰是由無數(shù)個這樣的四面體通過氫鍵互相連結(jié)成一個龐大的晶體。

在冰中，O-H距離為0.99埃，H-O-H的鍵角為109°30′。

由于氫鍵的方向性要求，水分子不能做到緊密堆積，整個冰的結(jié)構(gòu)是六方晶系晶格，因此，冰的晶體具有較大的空隙，即水結(jié)成冰后，體積增大，密度減小。

晶格排列整齊的是普通的冰，稱為I或 Ih型，其密度只有0.92g/cm³。水分子的中心距離由2.67埃到3.47埃。

在不同的低溫和高壓下，冰的形態(tài)結(jié)構(gòu)有13種相變，其密度從0.92到1.63g/cm³不等。

第二節(jié)液態(tài)水的結(jié)構(gòu)模型

連續(xù)模型，或均相模型：在冰溶解為水時，并未使氫鍵斷裂，只是發(fā)生氫鍵的彎曲或扭轉(zhuǎn)，氫鍵的能量隨H-O-H鍵角而變化。

混合模型：在冰溶解時有一部分氫鍵解體，液態(tài)水中存在一部分單個的自由水分子，而有相當部分仍以微小冰晶粒子狀態(tài)存在（其中包含有數(shù)十個水分子而成為水的締合體）。--一般水中是由自由水分子與微細晶體碎屑共存。

閃動模型：水分子之間的締合不是固定的，而是在每一瞬間不斷地交換對象，形成水分子的自擴散。