Табл. 1. — Физические свойства воды
| Свойство |
Значение |
| Плотность, г/см 3 |
|
| лёд . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
0,9168 (0°С) |
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
0,99987 (0°С) 1,0000 (3,98°С) 0,99823 (20°С) |
| пар насыщенный . . . . . . |
0,5977 кг/м 3(100°С) |
| Темп-ра плавления . . . . . |
0°С |
| Темп-ра кипения . . . . . . . |
100°С |
| Критич. темп-ра . . . . . . . . |
374,15°С |
| Критич. давление . . . . . . . |
218,53 кгс/см 2 |
| Критич. плотность . . . . . . |
0,325 г/см 3 |
| Теплота плавления . . . . . . |
79,7 кал/г |
| Теплота испарения . . . . . . |
539 кал/г (100°С) |
| Уд. теплопровод- ность, кал/(см·сек · град ) |
|
| лёд . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5,6·10 -3(0°С) |
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
1,43·10 -3(0°С) 1,54·10 -3(45°С) |
| пар насыщенный . . . . . . |
5,51·10 -5(100°С) |
| Уд. электропровод- ность, ом --1· см -1 |
|
| лёд . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
0,4·10 -8(0°С) |
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
1,47·10 -8(0°С) 4,41·10 -8(18°С) 18,9·10 -8(50°С) |
| Уд. теплоёмкость кал/(г · град) |
|
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
1,00 (15°С) |
| пар насыщенный . . . . . . |
0,487 (100°С) |
| Диэлектрическая про- ницаемость |
|
| лёд . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
74,6 (°С) |
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
81,0 (20°С) |
| пар насыщенный |
1,007 (145°С) |
| Вязкость, спз |
|
| жидкость . . . . . . . . . . . . |
1,7921 (0°С) 0,284 (100°С) |
| Поверхностное натя- жение жидкой во- ды на границе с воздухом, дин/см |
74,64 (0°С) 62,61 (80°С) |
| Показатель прелом- ления ( D — линия натрия) . . . . . . . . . . . . . . |
1,33299 (20°С) |
| Скорость звука в во- де . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1,496 м/сек (25°С) |
Примечание: 1 кал/(см · сек · град) = 418,68 вт/( м·К); 1 ом -–1· см -–1= 100 сим/м ;
1 кал/(г · град) =.4,186 кдж (кг ·К); 1 спз = 10 —3 н · сек/м 2; 1 дин/см = 10 –3 н/м.
Аномалии физических свойств В. связаны со структурой её молекулы и особенностями межмолекулярных взаимодействий в жидкой В. и льде. Три ядра в молекуле В. образуют равнобедренный треугольник с протонами в основании и кислородом в вершине ( рис. 1 , а). Распределение электронной плотности в молекуле В. таково ( рис. 1 , б, в), что создаются 4 полюса зарядов: 2 положительных, связанных с атомами водорода, и 2 отрицательных, связанных с электронными облаками необобществлённых пар электронов атома кислорода. Указанные 4 полюса зарядов располагаются в вершинах тетраэдра ( рис. 1 , г). Благодаря этой полярности В. имеет высокий дипольный момент (1,86 D ), а четыре полюса зарядов позволяют каждой молекуле В. образовать четыре водородные связи с соседними (такими же) молекулами (например, в кристаллах льда).
Кристаллическая структура обычного льда гексагональная ( рис. 2 ), она «рыхлая», в ней много «пустот». (При плотной «упаковке» молекул В. в кристаллах льда его плотность составляла бы около 1,6 г/см 3.) В жидкой В. присущая льду связь каждой молекулы H 2O с четырьмя соседними («ближний порядок») в значительной степени сохраняется; однако «рыхлость» структуры при плавлении льда уменьшается, молекулы «дальнего порядка» попадают в «пустоты», что ведёт к росту плотности В. При дальнейшем нагревании В. возрастает тепловое движение молекул, расстояние между ними увеличивается, т. е. происходит расширение В., которое начиная с +3,98°С уже преобладает, и поэтому далее с ростом температуры плотность В. уменьшается. Водородные связи примерно в 10 раз прочнее, чем связи, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями, характерными для большинства других жидкостей; поэтому для плавления, испарения, нагревания В. необходима гораздо большая энергия, чем в случае других жидкостей, что объясняет отмеченные аномально высокие значения теплот плавления и испарения и удельной теплоёмкости. С повышением температуры водородные связи разрываются, однако определённое их число сохраняется даже при 100°С. Растворённая в органических растворителях В. состоит из образовавшихся за счёт водородных связей ассоциатов (H 2O) 2.
Вода как растворитель. В. — наиболее универсальный растворитель. Газы достаточно хорошо растворяются в В., если способны вступать с ней в химическое взаимодействие (аммиак, сероводород, сернистый газ, двуокись углерода). Прочие газы мало растворимы в В. При понижении давления и повышении температуры растворимость газов в В. уменьшается. Многие газы при низких температурах и повышенном давлении не только растворяются в В., но и образуют кристаллогидраты (аргон, криптон, ксенон, хлор, сероводород, углеводороды и др.). В частности, пропан при 10°С и 0,3 мн/м 2(3 кгс/см 2) даёт кристаллогидрат C 3H 8·17H 2O. При уменьшении давления такие гидраты распадаются. Кристаллогидраты многих газообразных веществ, образующиеся при низких температурах, содержат В. в «пустотах» своих кристаллов (так называемые клатраты, см. Соединения включения ).
Читать дальше
