Строение молекулы воды

На примере данного соединения будет показан общий подход в анализе строения и свойств химических соединений.

Водород и гелий также относятся к S-элементам.

По распространенности во Вселенной водород занимает первое место, а гелий – второе.

Гелий на земле встречается только в атмосфере и содержание его невелико. В химическом отношении это практически инертное вещество, поэтому применяется в автогенной сварке для создания инертной среды. Температура плавления гелия – -271,4 ⁰С (при давлении 3,0 МПа), а температура кипения – -269,9 ⁰С, что позволяет использовать его в качестве хладоносителя в физике низких температур.

Водород довольно распространенный элемент на земле (1%), но в свободном виде (Н₂) почти не встречается. Он входит в состав различных соединений.

Водород существует в виде трех изотопов: протий ¹₁Н, дейтерий ²₁D и тритий ³₁Т.В природе на 6800 атомов водорода приходится 1 атом дейтерия. Вследствие большой разницы в массах физические и химические свойства изотопов водорода и образуемых ими соединений довольно значительно отличаются. Одним из наиболее распространенных в природе химических соединений водорода является вода.

 

5. ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ

В состав молекулы воды входит водород и кислород. Строение молекулы воды определяются соответственно электронным строением атомов кислорода и водорода. Данные элементы имеют следующие электронные формулы:

кислород – 1S²2S²2P⁴,

водорода –1S¹.

Для образования электронных конфигураций ближайших инертных газов кислороду необходимы 2 электрона, а водороду – 1, т.е. валентности данных элементов равны соответственно 2 и 1, поэтому образующееся из них соединение будет иметь состав – Н₂О. Две валентные Р–орбитали атома кислорода расположены под углом 90⁰ и образуют с S–орбиталями двух атомов водородода две S–Р –молекулярные орбитали, обеспечивающие химическую связь. Данные орбитали должны быть расположены также под углом 90⁰, но в действительности валентный угол между двумя S–Р-орбиталями равен 104,5⁰. На рисунке 1 показано строение молекулы воды и в качестве сравнения приведены геометрические модели метана и аммиака.

 

 

Рисунок 1. Геометрические модели CH₄, NH₃ и H₂O.

 

Из рисунка 1 видно, что валентный угол 104,5⁰ более близок к тетраэдрическому (109⁰28′) чем к углу 90⁰, т.е.

искажение валентного угла является следствием SР³–гибридизации орбиталей атома кислорода.

Дополнительным подтверждением данного предположения является геометрическая модель молекулы аммиака, у которого только одна свободная орбиталь и валентный угол еще в большей степени приближен к тетраэдрическому.