ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение молекулы воды, различные методы ее исследования и классификации из "Инфракрасная спектроскопия воды" Известно, что подавляющее большинство окружающих нас соединений содержит в себе группировки, образованные атомами кислорода и водорода,— О Н . При нагревании эти группировки разрушаются и выделяются из анализируемого вещества в виде молекул воды. До широкого распространения в научных лабораториях таких современных физических методов, как нейтронография, ядерный магнитный резонанс и инфракрасная спектроскопия, изучение природы 0 Нп-группировок велось традиционными химическими и физико-химическими методами. Последние и послужили основой для той классификации вод , которая безраздельно господствовала до недавнего прошлого, а в некоторых областях знания сохранилась и до сих пор. [c.8] Первоначально присутствие воды в неорганических соединениях определяли по наличию пара, выделяющегося при нагревании исследуемого образца. Поэтому логически естественным критерием ее количества оказалась убыль веса вещества в процессе его прокаливания до температуры, чуть ниже температуры его разложения. Принятая в неорганической химии запись формул валового состава соединений в виде суммы окислов привела к тому, что все О Н -группировки, входящие в состав этих соединений, записывались в этих формулах тоже как некоторое количество окиси водорода, т. е. молекул HjO (n-HjO). [c.8] Совершенствование методики регистрации веса вещества при его нагревании позволило использовать величину убыли веса не только для определения общего количества О Н -группировок, находящихся в веществе, но и для их некоторой классификации. Наиболее естественно было разделить оксигидрильные группировки по температуре их выделения из вещества, которая регистрируется в процессе эксперимента. [c.9] В этом случае опять проявилось отрицательное влияние неправильной терминологии. Ограничившись рассмотрением только молекул воды, все оксигидрильные группировки были разделены только на две группы. Первая, получившая название минусовая вода , охватывала все ОтН -группировки, температура выделения которых ниже 100—110 С, все остальные оксигидрильные группировки, выделяющиеся при более высокой температуре, получили название плюсовой воды . Очевидно, что как само разделение ОтН -группировок именно на две группы, так и выбор разделяющей эти группы границы — температуры 100° С (температура кипения дистиллированной воды при давлении 1 атм) не имеют никакого отношения к свойствам О Н -группировок в кристалле. [c.9] Более того, введенное понятие минусовая вода не отражало также и естественной увлажненности исследуемого вещества, возникающей вследствие его контакта с жидкой водой. Такая увлажненность, называемая в минералогии горной влажностью , с течением времени самопроизвольно исчезает при нахождении вещества просто в сухом помещении. Таким образом, понятие минусовая вода, в отличие от понятия горная влажность, включало в себя и другие оксигидрильные группировки, которые более прочно связаны с исследуемым веществом. [c.9] Понятие плюсовая вода оказалось еще менее конкретным. Даже столь отличные по своей природе ОН-группы, какие мы имеем в медном купоросе, глине и гашеной извести, данной классификацией не различались. Отсюда видно, что введенные при такой классификации дискретные понятия плюсовая и минусовая вода пригодны лишь для чисто формальной характеристики исследуемого вещества и почти никак не отражают природы описываемых 0 Н -группировок с монотонно меняющимися свойствами. [c.9] Не менее произвольны критерии, используемые в физиологии растений. В этой области биологии деление воды на свободную и связанную производится на основании ее способности растворять сахд.р или залгерзать при температуре ниже — 20° С. Существование в растении большого разнообразия комплексов воды, отличающихся по степени их связанности, указывалось уже давно [133]. Однако на практике до сих пор еще продолжают употребляться понятия свободной и связанной воды , навеянные простотой эксперимента, но весьма ограниченные по своему физико-химическому содержанию. [c.10] Исследования поверхностных свойств веществ и происходящих на этих поверхностях адсорбционных процессов привели к появлению понятия адсорбированная вода . Основным ее признаком является обратимое вхождение оксигидрильных группировок в исследуемое соединение под влиянием меняющихся свойств окружающей среды. Адсорбированная вода включает в себя два крайних понятия — вода первого монослоя и капиллярно-конденсированная фаза , а также все возможные промежуточные ее состояния. Свойства воды в ыонослое целиком определяются свойствами адсорбирующей поверхности. Капиллярно-конденсированная фаза по своим свойствам сходна с чистой жидкостью. Очевидно, что промежуточные формы существования воды, которые специально пока никак не выделяются, должны содержать в себе свойства обоих крайних состояний. [c.10] Глинистые слоистые минералы могут тоже обратимо поглощать и отдавать оксигидрильные группировки. Кроме того, вследствие особого расположения этих группировок на поверхности глинистых частичек они обладают специфической подвижностью [41]. Эти свойства отличают О Н -группировки глинистых минералов от адсорбированной воды и позволили выделить их в самостоятельную группу — межслоевая вода . [c.10] Рассматривая все перечисленные понятия, нужно отметить, что они являются сугубо описательными и совсем не характеризуют ни геометрии О Н -группировок и и ближайшего окружения, ни тем более каких-либю свойств электронных оболочек. В то же время именно только строение оксигидрильных группировок может явиться ключом к пониманию их физико-химических свойств. [c.10] В этом смысле термин структурная вода , означающий расположение атомов кислорода оксигидрильных групп в узлах решетки кристалла, является более определенным. Тем не менее даже и он отражает единственный геометрический признак оксигид-рильной группировки, упорядоченное расположение атомов кислорода, который существен скорее для всего кристалла в целом, но никак не характеризует строения самой ОтН -группи-ровки. Не меняют положения и те уточнения понятия структурная вода, которые появились позже. [c.10] понятие катионная вода означает, что О Н -группировки структурной воды обладают еще двумя дополнительными свойствами. Во-первых, они усиливают основные свойства катиона в соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием. Во-вторых, атомы кислорода этих группировок располагаются вокруг катионов в виде правильных полиэдров. В отличие от катионной анионной водой называют такие оксигидрильные группировки, которые, наоборот, усиливают кислотные свойства аниона в соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием. Атомы кислорода таких оксигидрильных групп обычно бывают связаны сразу с несколькими катионами. [c.11] Таким образом понятия катионная и анионная вода дают очень приближенные характеристики О Н -группировок с точки зрения их влияния на кислотные свойства вещества и расположения атомов кислорода относительно катионов кристалла. Никаких структурных параметров самих О Н -группировок или параметров образуемых ими комплексов понятия катионная и анионная вода вообще не отражают. Более того, такая классификация не является общей, ибо она неприменима к солям, образованным сильной кислотой и сильным основанием или слабой кислотой и слабым основанием. [c.11] Свойство некоторых катионов удерживать вокруг себя большее число атомов, чем это допускает их валентность, привело к представлению о координационной связи. Координационная связь слабее валентной, но сильнее вап-дер-ваальсовского взаимодействия. ОтН -группировки, атомы кислорода которых участвуют в образовании координационной связи, получили название координационно связанной воды . [c.11] Таковы наиболее употребительные классификации ОтН -груп-пировок, используемых в настоящее время для описания их природы и свойств. Даже беглый взгляд на них позволяет заметить, что практически все они, будучи основанными на наличии или отсутствии у ОтН -группировок одного того или иного признака, делят все их многочисленное и многопараметрическое разнообразие на два дискретных, взаимоисключающих состояния. Таковы плюсовая и минусовая вода, катионная и анионная, кристаллизационная и конституционная и т. д. Более того, все деления по выбранной характеристике, основанные каждая на одном свойстве вещества, непосредственно не связанном со структурой ОтН -груп-пировок, оказываются совсем не коррелирующими между собой. Поэтому результаты таких исследований не могут ни подтвердить, ни опровергнуть друг друга, а лишь пополняют список несвязанных свойств вещества, очень мало приближая тем самым к пониманию его строения. [c.12] Действительно, ни одно из рассмотренных выше делений не отражает такой основной характеристики оксигидрильной группировки, как ее атомный состав (ОН, ОН2,ОНз). Тем более эти классификации ни в какой мере не отражают геометрических параметров ОтН -группировок (межатомные расстояния и валентные углы). Отсутствие какой-либо связи между однородными понятиями, используемыми при различных исследованиях, легко видеть на следующих примерах. [c.12] Вернуться к основной статье