Die Eigenschaften des Wassers: Isotope und molekularen Struktur.


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Die Eigenschaften des Wassers: Isotope und molekularen Struktur.

Die Eigenschaften des Wassers 1: general
Wassereigenschaften 2: physikalische und chemische Eigenschaften

Isotopenzusammensetzung des Wassers

Wasser ist eine Mischung aus verschiedenen Kombinationen von Isotopen von Wasserstoff und Sauerstoff voneinander durch die Anzahl von Neutronen im Zusammenhang mit unterschiedlichen Protonen im Kern.

1H,2 H (Deuterium)3H (Tritium)

16O, 17O,18O.

Die Isotopenverhältnisse sind:

Wasserstoff:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

Tritium ist ein instabiles Element, seine Zeit (Halbwertszeit) 12,5 Jahre.

Für Sauerstoff:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

4 die Hauptmolekülspezies und ihre Frequenz ist wie folgt:

1H216O = 99,7%

1H218 O = 0,2%

1H217O = 0,04%

1HD16O = 0,03%

D216O = sehr niedrig

Verschiedene Isotope induzieren Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der Moleküle, insbesondere ihrer Dichte, aber die chemischen Eigenschaften bleiben gleich.

Heavy D Wasser2O existiert in der Natur, aber sehr viel
gering. Um einen fairen Betrag sein, müssen Sie Isotopentrenntechniken beherrschen: es ist eine grundlegende Frage während des letzten Weltkrieges war, Atomwaffen herzustellen.

Die Isotopenzusammensetzung von chemischen Komponenten von Wasser wird bei der Schätzung der thermodynamischen Parameter wie Temperatur verwendet wird;
der Bericht 18 O/16O Eis Polkappen und Wasser aus fossilen Grundwasserleiter für Informationen über das Klima der Vergangenheit.

Die Verdunstung des Meerwassers ist mit Isotopenfraktionierungen: je leichter Isotop Sauerstoff verdampft bevorzugt gegenüber dem schweren Isotop. Die Ozeane sind reicher an schweren Isotopen als Wasser Wolken und Niederschlag.

Isotopen von Wasser in der Regenwasser
Inhalt von stabilen Isotopen in Niederschlag (basierend Blavoux und Letolle, 1995).

Isotope von Sauerstoff in Korallen
Ändern Sie den Inhalt der Isotope von Sauerstoff in den Korallen von Mayotte (nach Casanova et al., 1994).

Struktur des Moleküls

Die Wasserstoff- und Sauerstoffatome bündeln ihre Elektronen eine komplette Schicht wie Neon zu bilden. Tatsächlich ist es 2 Elektronen an dem Sauerstoffatom fehlt seiner elektronischen Schicht zu vollenden, ist es die 2 Wasserstoffatome, die sie zur Verfügung stellen. Das gebildete H2O Molekül stabil ist.

Sauerstoff: 8 8 Protonen + Neutronen
Wasserstoff: 2 (2 * (1 1 Neutron Proton +))

Total: Protonen 10 10 Ausgleichslasten von Elektronen.

Die Wasserstoffkerne haben eine Seite des Sauerstoffs, um einen charakteristischen "Kopf von Mickey" (die Wasserstoffatome sind die Ohren) zu bilden.

Molekulare Struktur des Wassers

Die HOH Winkel ist 104,474 ° (Merkmal der tetraedrischen Geometrie). Der Abstand zwischen Sauerstoff und Wasserstoff ist in der Nähe von 1 A ° (A ° 0,95718) in der Dampf. Der effektive Durchmesser des Moleküls liegt in der Größenordnung von 2,82 A °.

Elektrische Ladungen in diesem kleinen Molekül ungleichmäßig verteilt. Die Elektronen werden stärker an das Sauerstoffatom angezogen zu dem ein Wasserstoff. Es schafft positive Ladungen 2 Zentren in der Nähe der Wasserstoffkerne und negative Ladungen 2 Zentren in der Nähe des Sauerstoffkern. Dieses Ungleichgewicht in der Verteilung der Lasten mit nichtlinearen Geometrie des Wassermoleküls kombiniert werden, wird durch das Vorhandensein eines starken elektrischen Dipolmoment charakterisiert. Das Wassermolekül ist polar; es verhält sich wie ein elektrischer Dipol, die mit anderen polaren Molekülen dann binden kann. Tatsächlich können die Wassermoleküle zwischen den konstituierenden Ionen eines Kristalls eingesetzt werden, indem sie an ihren Teil der entgegengesetzten elektrischen Ladung zu leiten. Die Anziehungskraft der Kristallionen stark geschwächt und der Zusammenhalt des Kristalls verringert wird, dessen Auflösung zu erleichtern. Die polaren Eigenschaften des Wassermoleküls erläutern die Technik der Erwärmung durch Mikrowellen. Tat ein polarisiertes Molekül mit Bezug auf ein elektrisches Feld ausgerichtet ist; wenn sie variiert, folgt das Molekül, das die Richtungsänderung. Von einer bestimmten Frequenz, ein paar GHz für das Wasser, Bewegungen von Molekülen erzeugen Wärme, die durch Reibung. Haushalts Öfen arbeiten im allgemeinen bei einer Frequenz von 2,45 GHz, die UHF entspricht.

3 die Kerne des Moleküls sind nicht unbeweglich, sie sie sich relativ zueinander bewegen, das Molekül schwingt und Wendungen. In flüssigem Wasser neigen die Moleküle zu assoziieren: bind Mickey Köpfe Ohr Kinn gegen Wasserstoffbrücken. Tatsächlich auf die peripheren Elektronen 8 Sauerstoff 4 nur in kovalente Bindungen mit Wasserstoffatome beteiligt sind. 4 die verbleibenden Elektronen in Paaren gruppiert werden als 2 freie Elektronenpaare. Jedes Dublett von negativen elektrischen Ladung kann eine elektrostatische Bindung mit einem Wasserstoffatom von einem benachbarten Wassermolekül positiv geladenen bilden. Wasserstoffbrückenbindung ist stabil bei Raumtemperatur, ist jedoch spröde Vergleich zu der kovalenten Bindung. In dem Wassermolekül, Geometrie durch die Richtung der kovalenten Bindungen 2 und 2 freie Elektronenpaare gebildet ist ähnlich derjenigen eines Tetraeders, dessen Mittelpunkt durch die Sauerstoffkerne besetzt.

Jedoch ist die große Struktur des Wassermoleküls ist noch unvollständig bekannt. Die RX und Neutronenbeugungsmuster liefern 2 Hauptwerte: ein Signal A °, der Abstand zwischen den Kernen von Wasserstoff und Sauerstoff zu 1 entspricht, und einen Wert von 2,84 4 ° ein wechselnder, je nach Temperatur und Anpassung der Abstand zwischen 2 Sauerstoffkerne. Die Röntgendiffraktometrie auch die durchschnittliche Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit der Flüssigkeit in einem Abstand R eines gegebenen Moleküls zu finden verwendet. Ein Wassermolekül im Durchschnitt benachbarten 4,4, eine tetraedrische Gitter hindeutet. Zusätzlich Moleküle durch Wasserstoffbrücken verbunden existieren andere, nicht verwandte Moleküle, die erklären, warum die Zahl der benachbarten Molekülen ist etwas höher als 4 und 4 nicht genau wie der Staat streng kristalline tetraedrische auferlegen würde. Das kristalline Netzwerk von Molekülen, die durch Wasserstoffbrücken verbunden bilden Hohlräume, die nicht gebundenen Moleküle einlegen würde. Eine weitere Annahme ist auf der Verzerrung der Wasserstoffbindungen basiert. Die letztere, die ursprünglich linear, das heißt, mit den O-Atomen HO ausgerichtet, in unterschiedlichem Maße biegen können und ermöglichen entfernteren Moleküle als enge Nachbarn näher am Zentralmolekül zu bewegen.



Theoretische Modelle wurden erst kürzlich entwickelt leistungsfähigen Computern verwendet wird. Sie zeigen, dass etwa 80% der Wassermoleküle beteiligt sind in 3 4 oder Wasserstoffbrücken; Aber sie schließen die Anwesenheit von nicht gebundenen Moleküle. Computer-Modellierung zeigt, dass wie das Wasser kühlt, Netzwerke Moleküle ähneln und mehr ähnlich zu denen des hexagonalen Eis.

Der Festkörper entspricht einer strengeren kristallinen Anordnung. Bei normalem Druck hat Eis eine hexagonale Struktur. Bei niedrigen Temperaturen (unter -80 ° C), kann es eine kubische Struktur annehmen. Elektrische Ladungen können im Kristallgitter bewegen und Kristalldefekte von ionischen Typ produzieren: hydrierten Protonen H3O + und Hydroxyl-Ionen OH-. Das Kristallgitter des Eises entspricht nicht dem Stapel so kompakt wie möglich, Moleküle. Eine Fusion, kollabieren Mängel, weil die Wasserstoffbrückenbindungen brechen und die Moleküle ein wenig näher: die Dichte steigt auf ein Maximum bei 4 ° C Danach wird in flüssigem Wasser, unterscheidet sich der Temperaturanstieg Moleküle und die Dichte abnimmt.

Genaue Angaben, Referenzen und Bibliographie:

Blavoux Letolle B. und R. (1995) - Beiträge von Isotopentechniken zur Erkenntnis des Grundwassers. Géochronique, 54, p. 12-15.

Caro P. (1990) - Die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers. Das große Buch des Wassers, La Villette, p. 183-194.

Eagland D. (1990) - Die Struktur des Wassers. Forschung, 221, p. 548-552.

Maidment DR (1992) - Handbuch der Hydrologie. The McGraw-Hill Companies.

J. Casanova, Colonna M. und K. Djerroud (1994) - geoprospection - Paläoklimatologie. Rapp. Sägen. BRGM, p. 76-79.

Quelle: http://www.u-picardie.fr/


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