Cunosc explicația tradițională, care spune că gheața are spații mari între moleculele $ \ ce {H2O} $ deoarece legătura de hidrogen îi conferă o structură deschisă. Dar ce legătură are structura deschisă cu legătura de hidrogen? De ce nu este un fenomen similar observat la alte specii care prezintă legături de hidrogen, cum ar fi $ \ ce {HF} $ sau $ \ ce {NH3} $?
Comentarii
- A se vedea această postare .
- Cu siguranță acest lucru nu ' nu răspunde întrebarea dvs., dar FYI este ' un mit că expansiunea la îngheț este unică pentru apă. Există un număr de compuși organici pentru care acesta este cazul, de asemenea, unele elemente pure care clar nu legătura de hidrogen, cum ar fi galiul, antimoniul, germaniu, siliciu și multe altele.
- Ceea ce nu primesc este motivul pentru care legătura de hidrogen face ca gheața să aibă cumva o structură deschisă.
Răspuns
Următoarea este o imagine a formei hexagonale cristaline a gheții obișnuite (Ice I $ _h $) preluat de la SS Zumdahl, Chimie, ediția a III-a, copyright © 1993 de DC Heath and Company:
Rețineți că liniile punctate reprezintă legături de hidrogen. Apa lichidă are, de fapt, o structură similară „deschisă” și datorită legăturii de hidrogen. Dar, în cazul apei lichide, legăturile de hidrogen nu sunt rigide și semipermanente ca în gheață. Așadar, imaginați-vă că în imaginea de mai sus, rețeaua de legare a hidrogenului se prăbușește. Aceasta se întâmplă atunci când este prezentă suficientă energie termică pentru a sparge legăturile rigide de hidrogen, rezultând topirea. În mod clar, odată ce această structură cristalină nu mai este forțată în loc de legătura rigidă a hidrogenului din gheață, se poate prăbuși în sine, rezultând o densitate mai mare de molecule de apă.
Astfel, forma lichidă a apei, deși este angajată în legături tranzitorii de hidrogen, nu este la fel de deschisă și extinsă ca atunci când este ținută în forma sa solidă de legătura rigidă, semipermanentă a hidrogenului.
Răspuns
În plus față de celelalte răspunsuri, rețineți că structura „fagure de miere” care este responsabilă pentru densitatea redusă la îngheț nu este sacrosantă . Poate fi prăbușit, fără a se topi, prin presiune ridicată începând de la aproximativ 200 MPa. Acestea sunt faze de gheață de înaltă presiune , dintre care aproximativ o duzină sunt cunoscute. Toți cei aflați în echilibru cu lichidul, în afară de faza de presiune scăzută Ice $ I_h $, sunt mai densi decât lichidul cu care se află în echibru; deci punctul de topire a apei începe să crească odată ce ajungem la pragul Ice $ III $ la aproximativ -22 ° C și 210 MPa.
De asemenea, putem merge în sens invers, generând structuri de gheață și mai deschise și cu densitate mai mică decât Ice $ I_h $. Astfel de faze nu se realizează în pur Apă, dar apar în clatraturi, cum ar fi binecunoscutul clatrat de metan .
Răspuns
Legăturile de hidrogen mențin moleculele de apă în loc în fază solidă
Structura gheții este un cadru deschis regulat de molecule de apă dispuse ca fagure de miere
Când se topește cadru se prăbușe iar moleculele de apă se împachetează mai aproape, făcând apa lichidă mai densă