Jeg kender den traditionelle forklaring, der siger, at is har store mellemrum mellem $ \ ce {H2O} $ molekyler, fordi hydrogenbinding giver den en åben struktur. Men hvad har den åbne struktur at gøre med brintbinding? Hvorfor observeres ikke et lignende fænomen i andre arter, der udviser hydrogenbinding, som $ \ ce {HF} $ eller $ \ ce {NH3} $?
Kommentarer
- Se dette indlæg .
- Dette svarer bestemt ikke ' t dit spørgsmål, men FYI er det ' en myte om, at ekspansion efter frysning er unik for vand. Der er et hvilket som helst antal organiske forbindelser, som dette er tilfældet for, også nogle rene elementer, som klart ikke hydrogenbinding som gallium, antimon, germanium, silicium og mere.
- Hvad jeg ikke ' ikke får, er hvorfor hydrogenbindingen på en eller anden måde får isen til at have en åben struktur.
Svar
Det følgende er et billede af den sekskantede krystalform af almindelig is (Ice I $ _h $) taget fra SS Zumdahl, Chemistry, 3. udgave, copyright © 1993 af DC Heath og Company:
Bemærk, at de stiplede linjer repræsenterer hydrogenbindinger. Flydende vand har faktisk en lignende “åben” struktur også på grund af hydrogenbinding. Men i tilfælde af flydende vand er hydrogenbindingerne ikke stive og semi-permanente som i is. Så forestil dig at i billedet ovenfor kollapser hydrogenbindingsnetværket. Dette er hvad der sker, når der er tilstrækkelig termisk energi til at bryde de stive hydrogenbindinger, der resulterer i smeltning. Når denne krystalstruktur ikke længere er tvunget på plads af den stive hydrogenbinding i is, kan den tydeligvis kollapse i sig selv, hvilket resulterer i en større tæthed af vandmolekyler.
Således er den flydende form af vand, selvom den er involveret i forbigående hydrogenbinding, ikke så åben og ekspanderet som når den holdes fast i sin faste form ved den stive, semi-permanente hydrogenbinding.
Svar
Som en tilføjelse til de andre svar skal du bemærke, at “bikagestrukturen”, der er ansvarlig for den nedsatte tæthed ved frysning, ikke er hellig Det kan kollapses uden at smelte ved højt tryk, der starter ved ca. 200 MPa. Disse er højtryksisfaser , hvoraf et dusin er kendt. Alle dem, der er i ligevægt med væsken, bortset fra lavtryksis $ I_h $ -fasen, er tættere end væsken, som de er i ligevægt med, så vandets smeltepunkt begynder at stige, når vi kommer til tærsklen for is $ III $ ved ca. -22 ° C og 210 MPa.
Vi kan også gå den anden vej og generere isstrukturer endnu mere åbne og lavere i densitet end Ice $ I_h $. Sådanne faser realiseres ikke i pur e vand, men vises i klatrater som det velkendte metanklassificering .
Svar
Brintbindinger holder vandmolekyler på plads i fast fase
Isstruktur er en regelmæssig åben ramme af vandmolekyler arrangeret som honningkage
Når den smelter, kollapser rammen og vandmolekylerne pakker tættere sammen, hvilket gør flydende vand mere tæt