ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Энергия из "Свойства и структура воды" В 1780 г. Кавендиш и Лавуазье установили, что вещество, называемое водой, построено из кислорода и водорода, а в 1805 г. Гей-Люсак и Гумбольдт показали, что молекула воды построена из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В 1842 1г. Дюма установил весовое соотношение водорода и кислорода в воде как 2 16. В 1929 г. в связи с открытием изотопов кислорода и водорода был определен изотопный состав воды. В среднем в воде кроме HjO заметно представлены Н2 0 Hi О и HDO в количестве 0,2%, 0,4% и 0,03% соответственно. Таков изотопный состав естественной воды, свойства которой исследуются в эксперименте, если- нет специальной оговорки. [c.8] ГИИ ядер, как и энергия кулоновского отталкивания ядер в молекуле, малы по сравнению с электронной энергией. Разность между полной энергией электронов молекулы и энергией электронов отдельных атомов, составляющих молекулу, называется электронной энергией связи молекулы.. Для воды электронная энергия связи составляет 1/200 от полной электронной энергии молекулы вычисляемой методами квантовой химии, В связи с этим вычисление полной электронной энергии молекулы и полной электронной энергии составляющих ее атомов должны выполняться с точностью, позволяющей вычислить электронную энергию связи, что сильно ограничивает неэыпирические расчеты энергии связи. [c.9] Для двухатомной молекулы Морзе была предложена удобная эмпирическая формула кривой потенциальной энергии, которая хорошо описывает кривую (рис. 1). [c.9] Кривая потенциальной энергии позволяет не только вычислить значения параметров для равновесной конфигурации атомов в молекуле, но и определить, как изменяется энергия при отклонении составляющих ее атомов от равновесия. Отсюда можно найти упругую силу при любой деформации и вычислить частоты нормальных колебаний двухатомной молекулы. Для многоатомной молекулы потенциальная энергия является функцией нескольких переменных. Такими переменными в случае молекулы Н2О служат длины ОН-связей и угол молекулы НОН. Изменение потенциальной энергии молекулы Н2О в зависимости от длины ОН-связи и от угла молекулы представлены на рис. 2 (Клейдон и др., 1970 г.). [c.10] Как видно из рис. 1, различие в расчетной энергии связи молекулы для длины связи свободной молекулы Н2О (равной 0,96 А) и длины связи молекулы воды во льду I (равной 1,01 А) составляет 0,5 эв (если угол молекулы фиксирован и равен 104°). Это значение энергии очень велико, оно много больше, чем КТ, приблизительно равное 0,025 эв. Интервал углов, который соответствует такому изменению энергии связи молекулы, как видно из рисунка, соответствует (135—85°). [c.11] Экспериментально энергия образования молекулы определяется по изменениям энергии, сопровождающим гипотетическую реакцию образования молекулы в основном состоянии из двух готовых атомов Н и одного атома О в их основных состояниях (колебательная, вращательная и поступательная энергии молекулы не возбуждены). [c.11] Аналогичные значения величины энергии связи молекул с разными длинами связи и одинаковым углом НОН были получены в работе Коннолли и Сабина 1972 г., выполненной с помощью метода ССП-МО-ЛКАО. [c.11] Очевидно, ЧТО молекула НаО обладает аномально большой величиной теплоты образования среди представленного гомологического ряда. [c.12] Средняя энергия связи ОН группы молекулы НгО составляет 109,6 ккал/моль. Однако чтобы разорвать любую из двух связей ОН, в молекуле Н2О при 7 = 0° К требуется энергия 117,8 ккал/моль, в то время как для разрыва оставшейся ОН свази только 101,5 ккал/моль. Разница в энергиях разрыва первой и второй ОН связи объясняется перестройкой электронной структурой ОН-фратмента после удаления одного атома водорода (рис. 5). Средняя энергия связи 5Н группы в молекуле НгЗ составляет 83 ккал/моль. Это показывает, что связь атомов уже в молекуле НгЗ значительно менее прочная, чем в молекуле воды. [c.12] Вернуться к основной статье