Cтраница 3
Воздействие магнитного поля на чистую воду незначительно. Наличие в воде солей ( и, следовательно, ионов) приводит к изменению структуры молекул воды, причем: это изменение тем сильнее, чем выше концентрации ионов. [31]
На положительное влияние ионов железа при магнитной обработке воды указывают также и французские исследователи. Так, Piccardi считает, что наложение знакопеременного магнитного поля на поток вызывает изменение структуры молекул воды. [32]
В процессе течения нарушается ориентация диполей воды, а поэтому плотность и вязкость диффузных слоев жидкости, вовлеченной в фильтрационный процесс, могут быть приняты такими же, как для обычной воды, например при скоростях порядка 1 мм / с вязкость очень быстро достигает нормальной величины. При этом упругость пара, химический потенциал и свободная энергия могут повышаться за счет работы внешних сил, затраченной при движении слоя жидкости, сверх той, которая рассеивается в тепло. При полной дезориентации ди-польной структуры молекул воды прежние аномальные свойства ее не могут восстанавливаться ( хотя этому и соответствовало бы уменьшение химической активности) из-за потенциального барьера, появление которого обусловлено приложенным внешним давлением. Барьер может быть преодолен, если первоначальная аномальная структура не была до конца деформирована. [33]
Как показал подробный критический анализ [28], правильный путь построения количественной теории растворов сильных электролитов возможен только, на основе сочетания физической и химической теорий растворов, причем под химической подразумевается теория, учитывающая образование в растворах первичной гидратной оболочки, состоящей из небольшого числа молекул воды ( 4 - 8), связанных непосредственно с ионом. Связь эта определяется структурой молекул воды и химической природой, зарядом и размером иона; молекулы воды, входящие в состав комплексного аква-иона, теряют часть степеней свободы и принимают упорядоченную ориентацию. Только химические или только электростатические или статистические теории ( см., например, [30-32]) не в состоянии объяснить экспериментальные зависимости термодинамических свойств растворов от их концентрации. [34]
В настоящее время нельзя решить, образуют ли крупные однозарядные ионы полную гидратную оболочку, могут ли они вообще лишить подвижности молекулы воды и обладают ли каким-либо электрострикционным эффектом. Как установил Гарней [ 231, в растворах ионов с радиусами, превышающими определенное критическое значение ( оно составляет - - 1 6 А для однозарядных ионов), напряженность электрического поля ионов слишком незначительна, чтобы упорядочить молекулы воды посредством подавления их теплового движения. Таким образом, электрическое поле ионов, разупорядочивающих структуру, снижает энергию упорядочения структуры молекул воды лишь вследствие придания этой структуре большей чувствительности и большей способности разрушаться под действием теплового движения. В соответствии с представлениями Михайлова и Сырникова [62] это в общем аналогично влиянию электрического поля ионов на отдаленные слои молекул вокруг ионов. [35]
Свойства воды интересуют научных работников различных специальностей - физиков, химиков, биологов, геологов Да настоящего времени не разработана теория жидкого состояния п нет теории, объясняющей удивительные свойства воды, которые обычно классифицируются как аномальные по сравнению с аналогичными свойствами простых жидкостей. Именно этим свойствам обязаны многие геологические особенности Земли и сама жизнь Настоящая монография является первой книгой на русском языке, где систематически рассмотрены свойства молекулы Н2О, свойства пара, свойства различных кристаллов HjO и свойства воды в жидком состоянии. Одна нз глав книги посвящена природе водородной связи, которая наряду с особенностями структуры молекулы воды определяет свойства этой жидкости. [36]
Таким образом, поведение полосы ОН-валентных колебаний свидетельствует об усилении водородной связи молекул гид-ратной воды с анионами под влиянием поляризующего действия поля катиона, с одной стороны, и ковалентного взаимодействия катиона и воды, с другой стороны. Это объясняется тем, что в результате взаимодействия с катионом донорная способность к образованию водородной связи ОН-групп этих молекул воды возрастает. Величина сдвига полосы ОН-валентных колебаний молекул гидратной воды в присутствии того или иного катиона указывает на изменения в структуре молекулы воды под влиянием катиона. [37]
Это означает, что водородная связь в присутствии Се3 и La3 сильнее, чем в присутствии Mg2, несмотря на то что электростатическое воздействие на протон молекулы воды для первых двух ионов слабее. Следовательно, рассматриваемое выше взаимодействие не может быть единственной причиной увеличения донорной способности к образованию водородной связи и сдвига полосы ОН-валентных колебаний молекул воды, участвующих в водородной связи. Сдвиг полосы отражает, по-видимому, ковалентный характер взаимодействия между катионом и водой, под влиянием которого меняется также структура молекул воды. Взаимодействие такого типа легко обнаружить, поскольку оно связано с переносом неспаренных электронов молекулы воды на частично заполненные d - орбитали катиона. В катионах Се3 и La3 доступными для ковалентных взаимодействий являются 4f - и Srf-орбитали. [38]
По отношению к последним двум парам электронов кислород выступает полным собственником: он не делит их с водородом и их заряды остаются частично свободными, или, как принято говорить, нескомпенсированными. В результате молекула воды имеет четыре полюса зарядов - два положительных и два отрицательных. Условно представляют их расположение в вершинах искаженного тетраэдра. С этой структурой молекулы воды и связаны ее свойства универсального растворителя: под воздействием диполей воды в 80 раз ослабевают связи между атомами и молекулами на поверхности погруженных в ттее веществ. Но сама вода, разделяя на ионы соприкасающиеся с ней растворимые вещества, химически не изменяется, она инертный растворитель, что и определяет ее незаменимость как переносчика питательных веществ в живых организмах. [39]
Возрожденные воды образуются в результате дегидратации глинистых минералов. В наибольших количествах эти воды появляются при перестройке структуры глинистых минералов, преимущественно при превращении монтмориллонита, содержащего до 24 % межслоевых вод, в ил лит и другие гидрослюды, содержащие не более 10 % воды. Высвобождающиеся ( т.е. возрождающиеся) воды лишены растворенных веществ и поэтому обладают повышенной растворяющей способностью. Такое свойство определяется изменением структуры молекул воды при переходе из химически связанного состояния в свободное. Возрожденные воды способны быстро растворять минеральные и органические компоненты окружающей среды, постепенно сравниваясь в отношении химического состава с присутствующими там же свободными водами. Высокая растворяющая активность возрожденных вод играет большую роль в процессе нефтегазообразования, так как способствует выносу углеводородов из глинистых толщ и накоплению их в коллекторах. [40]
Приведем простой, но наглядный пример. Расстояние между атомами водорода составляет 1 54 А. Следовательно, имеет место существенная спрессовка межмолекулярных сфер атомов водорода, равная 2 - 1 17 - 1 540 8 А. Подтверждение этим простым соображениям находим, сравнивая структуру молекулы воды со структурой молекулы сероводорода. Так как длина связи водород - сера значительно больше длины связи водород - кислород, то атомам водорода в молекуле сероводорода значительно менее тесно в. Аналогичные картины могут быть продемонстрированы на огромном числе примеров органических молекул. [41]
Приведем простой, но наглядный пример. Расстояние между атомами водорода составляет 1 54 А. Следовательно, имеет место существенная спрессовка межмолекулярных сфер атомов водорода, равная 2 - 1 17 - 1 540 8 А. Подтверждение этим простым соображениям находим, сравнивая структуру молекулы воды со структурой молекулы сероводорода. Так как длина связи водород - сера значительно больше длины связи водород - кислород, то атомам водорода в молекуле сероводорода значительно менее тесно. Аналогичные картины могут быть продемонстрированы на огромном числе примеров органических молекул. [42]
В связи с этим в работе [133] отмечено, что молекулы диффузного слоя могут перемещаться в водонасыщенных грунтах. При разности напоров свободной воды они отрываются под влиянием фильтрационного потока. При этом чем больше скорость фильтрационного потока, тем более существенные изменения могут вноситься в структуру молекул воды сольватных оболочек и больше молекул связанной воды может быть увлечено и вынесено движущейся струей. [43]
Трассерная диффузия ионов водорода особенно интересна. Это можно объяснить тем, что ион водорода движется не только за счет гидродинамического перемещения иона оксония ( Н3О), но также и благодаря прототропному механизму ( см. разд. Это, вероятно, объясняется - тем, что ион К, обладающий близким к молекуле Н2О размером, почти не деформирует структуру воды. Однако имеющий малый размер ион Li с высокой плотностью поверхностного заряда оказывает сильное разрушающее влияние на структуру воды даже при такой низкой концентрации, при которой влияние ионов К пренебрежимо мало. Ориентированное положение молекул воды в гидратной оболочке иона Li отличается от структуры молекул воды, связанных только водородными связями, и это затрудняет перенос протона между молекулами воды. [44]
Первая стадия требует затраты энергии 1 270 ккал, а последние две, как можно видеть из табл. 49 и 48, выделяют соответственно 1071 и 3 X 92, 1 276 ккал. Сродство иона алюминия к жидкой воде, обусловливающее вторую реакцию, меньше, чем его сродство к газообразному иону хлора, связанное с протеканием первой реакции; однако добавочная энергия гидратации иона хлора не только уравновешивает разницу, ной превышает ее. Кристаллический А1 ( Н20) еС13 при растворении выделяет лишь около 13 ккал. Интересно, что фтористый алюминий, вероятно, не является молекулярным кристаллом. Его структура более сложна и неправильна, причем каждый ион алюминия расположен среди ионов фтора, и строение соли, вероятно, близко к истинно ионному. Эта структура не является плотно упакованной, и известны гидраты состава отА1Р3 - 3 H - jO до AlFg - HsjO. Совершенно очевидно, что в этом кристалле структура молекулы воды не может играть такую же роль, как в других кристаллах, которые мы разбирали; молекулы воды примыкают лишь к отрицательным ионам фтора и совсем не подходят близко к положительным ионам. [45]