Ismerem a hagyományos magyarázatot, amely szerint a jégnek nagy terei vannak a $ \ ce {H2O} $ molekulák között, mert a hidrogénkötés nyitott struktúrát ad neki. De mi köze van a nyitott szerkezetnek a hidrogénkötéshez? Miért nem hasonló jelenség figyelhető meg más olyan fajokban, amelyek hidrogénkötést mutatnak, mint például a $ \ ce {HF} $ vagy $ \ ce {NH3} $?
Megjegyzések
- ezt a bejegyzést .
- Ez biztosan nem válaszol ' a kérdésed, de FYI ' az a mítosz, miszerint a fagyás utáni terjeszkedés csak a vízre jellemző. Számos olyan szerves vegyület létezik, amelyek esetében ez a helyzet, és néhány tiszta elem is, nem hidrogénkötés, mint gallium, antimon, germánium, szilícium és még sok más.
- Amit nem kapok, az az oka, hogy a hidrogénkötés valamiképpen a jégnek egy nyitott szerkezet.
Válasz
Az alábbiakban a hétköznapi jég (I jég) hatszögletű kristályformájának képe látható $ _h $), amelyet az SS Zumdahl, Chemistry, 3. kiadás kapott, szerzői jog © 1993, DC Heath and Company:
Vegye figyelembe, hogy a szaggatott vonalak hidrogénkötéseket képviselnek. A folyékony víznek tulajdonképpen hasonló “nyitott” szerkezete van a hidrogénkötés miatt is. De a folyékony víz esetében a hidrogénkötések nem merevek és félig tartósak, mint a jégben. Tehát képzelje el, hogy a fenti képen a hidrogénkötő hálózat összeomlik. Ez akkor történik, ha elegendő hőenergia van jelen a merev hidrogénkötések megszakításához, ami megolvadást eredményez. Nyilvánvaló, hogy ha ezt a kristályszerkezetet már nem kényszeríti a helyére a jégben történő merev hidrogénkötés, az összeomolhat önmagában, és nagyobb sűrűségű vízmolekulákat eredményez.
Így a víz folyékony formája, bár átmeneti hidrogénkötésben vesz részt, mégsem olyan nyitott és tágult, mint amikor a merev, félig állandó hidrogénkötés tartja benne szilárd formáját.
Válasz
A többi válasz kiegészítéseként vegye figyelembe, hogy a “méhsejt” szerkezet, amely a fagyáskor csökkentett sűrűségért felelős, nem szent Megolvadás nélkül összeomolható nagy nyomással, kb. 200 MPa-nál kezdődve. Ezek a nagynyomású jégfázisok , amelyek közül körülbelül egy tucat ismert. Mindazok, akik egyensúlyban vannak a folyadékkal, az alacsony nyomású Ice $ I_h $ fázistól eltekintve sűrűbbek, mint a folyadék, amellyel egyensúlyban vannak; így a víz olvadáspontja emelkedni kezd, amint elérjük az Ice $ III küszöbét. $ -22 ° C-on és 210 MPa.
Lehetünk másfelé is, így a jégszerkezetek még nyitottabbak és alacsonyabb sűrűségűek, mint az Ice $ I_h $. Ilyen fázisok nem valósulnak meg tisztán Víz, de klimatrátákban jelenik meg, például a jól ismert metánklatrát .
Válasz
A hidrogénkötések szilárd fázisban tartják a vízmolekulákat a helyükön
A jég szerkezete a vízmolekulák szabályos nyitott kerete, mint a méhsejt
Amikor megolvad, a keret összeomlik a vízmolekulák pedig közelebb pakolnak egymáshoz, sűrűbbé téve a folyékony vizet