水的結構及其模型

一、水分子結構

H2O分子結構中，是以O核為(wei) 頂的等腰三角形。在水蒸氣分子中測定：O-H距離為(wei) 0.9568埃，H-H距離為(wei) 1.54埃，H-O-H的鍵角為(wei) 105°3′（or104.5°）

    氫原子的電子構型為(wei) 1S1，氧原子的電子構型為(wei) 1S22S22P4。氧的2S22P4等6個(ge) 電子以不等性SP³雜化規道與(yu) 兩(liang) 個(ge) 氫原子的1 S1電子結合為(wei) 4對，構成O-H共價(jia) 鍵及兩(liang) 對孤對電子。

   H-O-H所在平麵與(yu) 孤對電子所在平麵是相互垂直的。

氫原子的S電子雲(yun) 與(yu) 氧原子的P電子雲(yun) 相重疊，形成整個(ge) 水分子的統一電子雲(yun) ，其電子雲(yun) 密度主要集中在氧核附近。從(cong) 而構成氧端帶負電、氫端帶正電的典型極性分子。

水分子的偶極距很大，μ=1.84德拜。----極性甚強。

圖1-1 水的分子結構

二、液態水的結構

水在液態下不是以單個(ge) 水分子的形式存在，而是通過氫鍵產(chan) 生締合分子。

水的締合是放熱過程，所以溫度升高，水的締合程度下降，即（H₂O）_x的x值減小。在高溫時，水主要以單分子狀態存在。溫度降低時水的締合度增大，即（H₂O）_x的x值增大。273.16K時水結成冰，全部水分子締合成一個(ge) 巨大締合分子。

每個(ge) 水分子可以同相接近的另外四個(ge) 水分子生成四個(ge) 氫鍵。五個(ge) 水分子之間就形成了四個(ge) 氫鍵。

氫鍵能並不是高，但它的數目多，切可在三維方向延伸展開，若全部飽和，總的氫鍵結合能可達10.2kcal/mol，對分子間作用來說已相當大。

氣態的水分子大多是單個(ge) 分子，間或有二聚體(ti) ，很少三聚體(ti) 。

三、冰的結構

冰中的每一個(ge) 水分子都被相鄰的四個(ge) 水分子包圍，每個(ge) 水分子位於(yu) 變形四麵體(ti) 的頂點，冰是由無數個(ge) 這樣的四麵體(ti) 通過氫鍵互相連結成一個(ge) 龐大的晶體(ti) 。

在冰中，O-H距離為(wei) 0.99埃，H-O-H的鍵角為(wei) 109°30′。

由於(yu) 氫鍵的方向性要求，水分子不能做到緊密堆積，整個(ge) 冰的結構是六方晶係晶格，因此，冰的晶體(ti) 具有較大的空隙，即水結成冰後，體(ti) 積增大，密度減小。

晶格排列整齊的是普通的冰，稱為(wei) I或 Ih型，其密度隻有0.92g/cm³。水分子的中心距離由2.67埃到3.47埃。

在不同的低溫和高壓下，冰的形態結構有13種相變，其密度從(cong) 0.92到1.63g/cm³不等。

第二節液態水的結構模型

連續模型，或均相模型：在冰溶解為(wei) 水時，並未使氫鍵斷裂，隻是發生氫鍵的彎曲或扭轉，氫鍵的能量隨H-O-H鍵角而變化。

混合模型：在冰溶解時有一部分氫鍵解體(ti) ，液態水中存在一部分單個(ge) 的自由水分子，而有相當部分仍以微小冰晶粒子狀態存在（其中包含有數十個(ge) 水分子而成為(wei) 水的締合體(ti) ）。--一般水中是由自由水分子與(yu) 微細晶體(ti) 碎屑共存。

閃動模型：水分子之間的締合不是固定的，而是在每一瞬間不斷地交換對象，形成水分子的自擴散。