خواص آب: ایزوتوپ ها و ساختار مولکولی.

خواص آب: ایزوتوپ ها و ساختار مولکولی.

خصوصیات آب 1: عمومی
خواص آب 2: خواص فیزیکی و شیمیایی

ترکیب ایزوتوپی آب

آب مخلوطی از ترکیبات مختلف ایزوتوپ های اکسیژن و هیدروژن است که از نظر تعداد نوترون های مرتبط با پروتون های هسته با یکدیگر متفاوت هستند.

1H,2 H (دوتریوم)3H (تریتیوم)

16O, 17O,18O.

نسبت ایزوتوپی عبارتند از:

برای هیدروژن:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

تریتیوم که یک عنصر ناپایدار، زمان خود را (با نیمه عمر) سال 12,5 است.

برای اکسیژن:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

4 گونه مولکولی اصلی و فرکانس خود را به شرح زیر است:

1H216O = 99,7٪

1H2 18 O = 0,2٪

1H217O = 0,04٪

1HD16O = 0,03٪

D216O = بسیار کم

ایزوتوپ های مختلف القا تفاوت در خواص فیزیکی مولکول، به ویژه تراکم خود را، اما خواص شیمیایی باقی می مانند.

آب سنگین D2O در حالت طبیعی خود وجود دارد اما در بسیار
کم. برای داشتن مقدار قابل توجه ، تسلط بر تکنیک های جداسازی ایزوتوپ ضروری است: این یکی از چالش های اساسی در آخرین جنگ جهانی برای تهیه سلاح اتمی بود.

از ترکیب ایزوتوپی اجزای شیمیایی آب در برآورد پارامترهای ترمودینامیکی مانند دما استفاده می شود.
گزارش 18 O/16O یخ از کلاهک های قطبی و آب حاصل از آبهای زیرزمینی فسیلی اطلاعاتی را درباره آب و هوای گذشته فراهم می کند.

تبخیر آب اقیانوس ها با تقسیم ایزوتوپی صورت می گیرد: ایزوتوپ سبک اکسیژن نسبت به ایزوتوپ سنگین تبخیر می شود. اقیانوس ها از نظر ایزوتوپ های سنگین از آب ابرها و بارندگی غنی ترند.

ایزوتوپ از آب در آب باران
میزان بارش ایزوتوپ پایدار (بعد از Blavoux و Letolle ، 1995).

ایزوتوپهای اکسیژن در مرجان
تغییر در میزان ایزوتوپ اکسیژن در مرجان ها در مایوت (بعد از کازانووا و همکاران ، 1994).

دفعات بازدید:  آزمون واحد گالی

ساختار مولکول

اتم های هیدروژن و اکسیژن الکترون های خود را جمع می کنند و یک لایه کامل مانند نئون تشکیل می دهند. در حقیقت ، اتم اکسیژن فاقد 2 الکترون برای تکمیل پوسته الکترونیکی خود است ، این 2 اتم هیدروژن است که آن را تأمین می کند. مولکول H2O تشکیل شده پایدار است.

اکسیژن: پروتون 8 8 + نوترون
هیدروژن: 2 (2 * (1 1 نوترون پروتون +))

مجموع: پروتون 10 10 وزنه متعادل الکترون است.

هسته های هیدروژن یک طرف اکسیژن دارند و یک "سر میکی" مشخص (هیدروژن گوش است) را تشکیل می دهند.

ساختار مولکولی آب

زاویه HOH 104,474 درجه است (مشخصه هندسه چهار ضلعی). فاصله بین اکسیژن و اتم هیدروژن در بخار نزدیک به 1 A ° (0,95718 A °) است. قطر م theثر مولکول از درجه حرارت 2,82/XNUMX است.

بارهای الکتریکی به طور ناهموار در این مولکول کوچک توزیع می شوند. الکترون ها بیشتر از اتم اکسیژن جذب اتم اکسیژن می شوند. 2 مرکز بار مثبت در نزدیکی هسته های هیدروژن و 2 مرکز بار منفی در نزدیکی هسته اکسیژن وجود دارد. این عدم تعادل در توزیع بارها ، همراه با هندسه غیر خطی مولکول آب ، با وجود یک گشتاور دو قطبی الکتریکی قوی خود را نشان می دهد. مولکول آب قطبی است. مانند دو قطبی الکتریکی رفتار می کند و بنابراین می تواند با سایر مولکول های قطبی متصل شود. در واقع ، مولكول های آب را می توان بین یون های سازنده ی یك كریستال قرار داد و بخشی از بار الكتریكی مخالف آنها را به سمت آنها هدایت كرد. جذب یون های بلوری بسیار ضعیف شده و انسجام کریستال کاهش می یابد ، که انحلال آن را تسهیل می کند. خصوصیات قطبی مولکول آب روش گرمایش مایکروویو را توضیح می دهد. در حقیقت ، یک مولکول قطبی با توجه به یک میدان الکتریکی جهت گیری می کند. اگر این تغییر کند ، مولکول تغییر جهت را دنبال می کند. از یک فرکانس مشخص ، چند گیگاهرتز برای آب ، حرکت مولکول ها باعث ایجاد گرما در اثر اصطکاک می شود. اجاق های خانگی معمولاً با فرکانس 2,45 گیگاهرتز کار می کنند که UHF است.

دفعات بازدید:  بارگیری: انرژی خالی: نیکولا تسلا

3 هسته مولکول ثابت نیستند ، آنها نسبت به یکدیگر حرکت می کنند ، مولکول مرتعش شده و پیچ می خورد. در آب مایع ، مولکول ها متصل می شوند: سر میکی با اتصال هیدروژن گوش و چانه را پیوند می دهد. در واقع ، از 8 الکترون اکسیژن محیطی ، فقط 4 در پیوندهای کووالانسی با اتم های هیدروژن نقش دارند. 4 الکترون باقیمانده در 2 جفت به نام دو برابر الکترون آزاد دسته بندی می شوند. هر یک از این دو برابر بارهای الکتریکی منفی می توانند یک پیوند الکترواستاتیک با یک اتم هیدروژن با بار مثبت از یک مولکول آب نزدیک ایجاد کنند. پیوند هیدروژن ، که در دمای اتاق پایدار است ، با این وجود در مقایسه با پیوند کووالانسی شکننده است. در مولکول آب ، هندسه تشکیل شده توسط جهت 2 پیوند کووالانسی و 2 دوبلت الکترونیکی آزاد نزدیک به چهار ضلعی است که مرکز آن توسط هسته های اکسیژن اشغال شده است.

با این حال ، ساختار بزرگ مولکول آب هنوز به طور ناقص شناخته شده است. طیف اشعه ایکس و پراش نوترون 2 مقدار اصلی را ارائه می دهد: یک سیگنال مربوط به 1 A درجه ، فاصله بین هسته هیدروژن و اکسیژن و مقدار 2,84/4 تا 2 A درجه سانتیگراد متفاوت با توجه به دما و مربوط به فاصله بین 4,4 هسته اکسیژن است. پراش سنجی اشعه ایکس همچنین شناخت میانگین تعداد مولکول ها در واحد حجم مایع را که در فاصله R از یک مولکول معین قرار دارد ، امکان پذیر می کند. یک مولکول آب به طور متوسط ​​4 همسایه دارد که نشان دهنده مش چهار ضلعی است. علاوه بر مولکول های متصل شده توسط پیوندهای هیدروژنی ، مولکول های غیرمستقیم دیگری نیز وجود دارد که ممکن است توضیح دهد که چرا تعداد مولکول های همسایه کمی بیشتر از 4 است و XNUMX دقیقاً به عنوان یک حالت متبلور چهار ضلعی دقیق نیست. شبکه کریستالی مولکول های متصل شده توسط پیوندهای هیدروژنی باعث ایجاد حفره هایی می شود که در آن مولکول های غیرقابل اتصال قرار می گیرند. فرضیه دیگر بر اساس اعوجاج پیوندهای هیدروژنی است. دومی ، در اصل خطی ، یعنی با تراز شدن اتم های O - HO ، می تواند در درجات مختلف پیچ خورده و به مولکول های دورتر از همسایگان نزدیک اجازه نزدیک شدن به مولکول مرکزی را بدهد.

دفعات بازدید:  cryptobiosis

مدل های نظری اخیراً با استفاده از رایانه های قدرتمند تولید شده اند. آنها نشان می دهند که حدود 80٪ از مولکول های آب در 3 یا 4 پیوند هیدروژن نقش دارند. از طرف دیگر ، آنها حضور مولکول های غیرقابل اتصال را حذف می کنند. مدل سازی رایانه ای نشان می دهد که با خنک شدن آب ، شبکه مولکول ها به طور فزاینده ای به شش ضلعی شبیه به یخ شباهت دارند.

حالت جامد مربوط به یک آرایش بلوری سخت تر است. در فشار معمول ، یخ دارای ساختار شش ضلعی است. در دمای پایین (زیر -80 درجه سانتیگراد) ، می تواند یک ساختار مکعبی داشته باشد. بارهای الکتریکی می توانند در شبکه کریستال حرکت کرده و نقایص بلوری از نوع یونی را ایجاد کنند: پروتون هیدراته H3O + و یون هیدروکسیل OH-. شبکه بلوری یخ با جمع و جورترین انباشته مولکول ها مطابقت ندارد. هنگام همجوشی ، نقص ها از بین می روند زیرا پیوندهای هیدروژن شکسته می شود و مولکول ها به هم نزدیک می شوند: چگالی حداکثر در 4 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. متعاقباً ، در آب مایع ، افزایش دما مولکول ها را از هم دور کرده و چگالی کاهش می یابد.

جزئیات، مراجع و منابع:

Blavoux B. و Letolle R. (1995) - سهم تکنیک های ایزوتوپی در دانش آب های زیرزمینی. Geochronics ، 54 ، ص. 12-15.

Caro P. (1990) - خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب. کتاب عالی آب ، لا ویلت ، ص. 183-194.

ایگلند دی. (1990) - ساختار آب. پژوهش ، 221 ، ص. 548-552.

Maidment DR (1992) - کتاب راهنمای هیدروژئولوژی. مک گراو هیل

Casanova J. ، Colonna M. و Djerroud K. (1994) - ژئوپرسپکتیو - paleoclimatology. رپ دانشمند BRGM ، ص. 76-79

منبع: http://www.u-picardie.fr/

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس پست الکترونیک شما منتشر نخواهد شد. علامت گذاری شده اند *