水素結合によって氷が開いた構造になるため、氷は$ \ ce {H2O} $分子の間に大きなスペースがあるという伝統的な説明を知っています。しかし、開いた構造は水素結合と何の関係があるのでしょうか？ $ \ ce {HF} $や$ \ ce {NH3} $など、水素結合を示す他の種で同様の現象が観察されないのはなぜですか？
コメント
- この投稿を参照してください。
- これは確かに'答えませんあなたの質問ですが、参考までに'凍結時の膨張は水に特有であるという神話があります。これが当てはまる有機化合物はいくつもありますが、明らかにガリウム、アンチモン、ゲルマニウム、シリコンなどのような水素結合ではありません。
- 私が得られないのは'水素結合が原因で、氷に開いた構造。
回答
以下は、通常の氷の六角形の結晶形の画像です（Ice I $ _h $）SS Zumdahl、Chemistry、3rd ed。、copyright©1993 by DC Heath and Companyから取得：
破線は水素結合を表すことに注意してください。液体の水は、水素結合のために、実際には同様の「開いた」構造を持っています。しかし、液体の水の場合、水素結合は氷のように固くなく、半永久的ではありません。したがって、上の画像で、水素結合ネットワークが崩壊していると想像してください。これは、固い水素結合を破壊して融解するのに十分な熱エネルギーが存在する場合に起こります。明らかに、この結晶構造が氷の中での堅固な水素結合によって所定の位置に強制されなくなると、それ自体に崩壊し、水分子の密度が高くなる可能性があります。
したがって、液体の水は一時的な水素結合に関与していますが、堅固な半永久的な水素結合によって固体の形に保持された場合ほど開いたり膨張したりすることはありません。
回答
他の回答に加えて、凍結時に密度が低下する原因となる「ハニカム」構造は神聖なものではないことに注意してください。約200MPaから始まる高圧により、溶融せずに崩壊する可能性があります。これらは高圧氷相であり、そのうちの約12個が知られています。低圧のIce $ I_h $相を除いて、液体と平衡状態にあるものはすべて、平衡状態にある液体よりも密度が高いため、Ice $ IIIのしきい値に達すると、水の融点が上昇し始めます。 $約-22°Cおよび210MPaで。
逆の方法で、氷$ I_h $よりもさらに開いた密度の低い氷構造を生成することもできます。このようなフェーズは、純粋では実現されません。 e水ですが、よく知られているメタンクラスレートなどのクラスレートに表示されます。
回答
水素結合は水分子を固相で所定の位置に保持します
氷の構造は、ハニカムのように配置された水分子の規則的な開いたフレームワークです
溶融するとフレームワークが崩壊しますそして水分子は互いに密集し、液体の水をより高密度にします