תכונות המים: איזוטופים ומבנה מולקולרי.

תכונות המים: איזוטופים ומבנה מולקולרי.

תכונות המים 1: כלליות
תכונות המים 2: תכונות פיזיקליות וכימיות

הרכב איזוטופי של מים

מים הם תערובת של שילובים שונים של איזוטופים של חמצן ומימן הנבדלים זה מזה במספר הנויטרונים הקשורים לפרוטונים בגרעין.

1H,2 H (דאוטריום)3H (טריטיום)

16O, 17O,18O.

יחסי איזוטופים הם:

למימן:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

טריטיום הוא מרכיב יציב, הזמן שלה (מחצית חיים) הוא שנתי 12,5.

לחמצן:
18O/16מ = 1 / 500

17O/16מ = 1 / 2500

4 המינים המולקולריים העיקריים ותדירותם הוא כדלקמן:

1H216מ = 99,7%

1H2 18 מ = 0,2%

1H217מ = 0,04%

1HD16מ = 0,03%

D216מ = נמוך מאוד

איזוטופים שונים לגרום הבדלים בתכונות הפיזיות של מולקולות, בצפיפות שלהם בפרט, אבל התכונות הכימיות נשארות אותו הדבר.

מים כבדים ד2O קיים במצב הטבעי שלו אבל מאוד
נָמוּך. כדי לקבל כמות ניכרת, יש צורך לשלוט בטכניקות של הפרדת איזוטופים: זה היה אחד האתגרים הבסיסיים במלחמת העולם האחרונה להכנת הנשק האטומי.

ההרכב האיזוטופי של המרכיבים הכימיים של מים משמש להערכת פרמטרים תרמודינמיים כגון טמפרטורה;
הדו"ח 18 O/16O קרח מכיפות הקוטב ומים ממי תהום מאובנים מספקים מידע על אקלים העבר.

אידוי מי האוקיאנוס מתרחש עם חלוקה איזוטופית: האיזוטופ הקל של החמצן מתאדה בהעדפה לאיזוטופ הכבד. האוקיאנוסים עשירים יותר באיזוטופים כבדים מאשר מים מעננים ומשקעים.

איזוטופים של מים מי הגשמים
תוכן איזוטופי יציב של משקעים (אחרי Blavoux and Letolle, 1995).

איזוטופים של חמצן באלמוגים
שונות בתכולת איזוטופ החמצן באלמוגים במיוט (אחרי Casanova et al., 1994).

קראו גם:  Thèse des Mines de Paris: שמן דלק ובעירה במים

מבנה המולקולה

אטומי מימן וחמצן מאגדים את האלקטרונים שלהם ויוצרים שכבה שלמה כמו זו של ניאון. למעשה, אטום החמצן חסר 2 אלקטרונים להשלמת הקליפה האלקטרונית שלו, שני אטומי המימן הם שמספקים אותו. מולקולת H2O שנוצרת יציבה.

נויטרונים ופרוטונים 8 8 +: חמצן
מימן: 2 (2 * (+ פרוטון ניוטרון 1 1))

סה"כ: פרוטונים 10 10 איזון עומסים של אלקטרונים.

לגרעיני המימן צד אחד של החמצן ליצירת "ראשו של מיקי" האופייני (המימן הוא האוזניים).

מבנה מולקולרי של מים

זווית ה- HOH היא 104,474 ° (מאפיין את הגיאומטריה הטטראדרלית). המרחק בין חמצן לאטום מימן קרוב ל -1 A ° (0,95718 A °) בקיטור. הקוטר האפקטיבי של המולקולה הוא בסדר גודל של 2,82 °.

מטענים חשמליים מופצים בצורה לא אחידה במולקולה הקטנה הזו. אלקטרונים נמשכים חזק יותר לאטום החמצן מאשר לאטום המימן. ישנם 2 מרכזים של מטענים חיוביים ליד גרעיני המימן ו -2 מרכזים של מטענים שליליים ליד גרעין החמצן. חוסר איזון זה בחלוקת המטענים, בשילוב עם הגיאומטריה הלא ליניארית של מולקולת המים, מתבטא בקיומו של רגע דיפול חשמלי חזק. מולקולת המים היא קוטבית; הוא מתנהג כמו דיפול חשמלי שיכול להיקשר כך עם מולקולות קוטביות אחרות. ואכן, ניתן להכניס מולקולות מים בין היונים המרכיבים של גביש על ידי הפניית חלקן של המטען החשמלי ההפוך לעברן. משיכתם של היונים הגבישים נחלשת מאוד ולכידות הגביש מצטמצמת, מה שמקל על פירוקו. התכונות הקוטביות של מולקולת המים מסבירות את הטכניקה של חימום במיקרוגל. ואכן, מולקולה מקוטבת מכוונת את עצמה ביחס לשדה חשמלי; אם זה משתנה, המולקולה עוקבת אחר שינוי האוריינטציה. מתדר מסוים, כמה ג'יגה הרץ למים, תנועות המולקולות מייצרות חום על ידי חיכוך. תנורים ביתיים פועלים בדרך כלל בתדר של 2,45 GHz, כלומר UHF.

קראו גם:  צפיפות מים וטמפרטורה

3 הגרעינים של המולקולה אינם נייחים, הם נעים יחסית זה לזה, המולקולה רוטטת ומתפתלת. במים נוזליים, מולקולות נוטות להתרועע: ראשיו של מיקי נקשרים באוזן לסנטר על ידי קשירת מימן. ואכן, מתוך 8 האלקטרונים ההיקפיים של חמצן, רק 4 מעורבים בקשרים קוולנטיים עם אטומי מימן. 4 האלקטרונים הנותרים מקובצים לשני זוגות הנקראים כפילות אלקטרונים חופשיות. כל אחד מכפילות טעונות חשמליות שליליות אלו יכול ליצור קשר אלקטרוסטטי עם אטום מימן טעון חיובי של מולקולת מים סמוכה. קשר מימן, יציב בטמפרטורת החדר, בכל זאת שביר בהשוואה לקשר קוולנטי. במולקולת המים, הגיאומטריה שנוצרה על ידי כיוון שני הקשרים הקוולנטיים ו- 2 הכפילות האלקטרוניות החופשיות קרובה לזו של טטרהדרון שבמרכזו תפוסים גרעיני החמצן.

עם זאת, המבנה הגדול של מולקולת המים עדיין ידוע בצורה לא מושלמת. הספקטרום של רנטגן ועקיפת נויטרונים מספקים 2 ערכים עיקריים: אות המתאים ל -1 A °, מרחק בין גרעיני המימן והחמצן, וערך של 2,84 עד 4 A ° המשתנה בהתאם לטמפרטורה ול המקביל למרחק בין 2 גרעיני חמצן. דיפרקטומטריית רנטגן מאפשרת לדעת גם את המספר הממוצע של מולקולות ליחידת נוזל הממוקמת במרחק R ממולקולה נתונה. מולקולת מים כוללת בממוצע 4,4 שכנות, מה שמרמז על רשת טטראדרלית. בנוסף למולקולות המקושרות על ידי קשרי מימן, קיימות מולקולות אחרות שאינן קשורות, שעשויות להסביר מדוע מספר המולקולות הסמוכות גדול מעט מ -4, ולא 4 בדיוק כפי שמצב כפול מתגבש טטראדרי היה כופה. סריג הקריסטל של מולקולות המקושרות על ידי קשרי מימן יהווה חללים שבהם ישוכנו מולקולות לא מאוגדות. השערה נוספת מבוססת על עיוות קשרי מימן. האחרון, במקור לינארי, כלומר עם אטומי ה- O-HO מיושרים, יכול להתפתל בדרגות שונות ולאפשר למולקולות המרוחקות יותר מהשכנים הקרובים להתקרב למולקולה המרכזית.

קראו גם:  מבחן גאלי על היחידה

לאחרונה פותחו מודלים תיאורטיים באמצעות מחשבים חזקים. הם מצביעים על כך שכ- 80% ממולקולות המים מעורבות בקשרי מימן 3 או 4; מצד שני, הם אינם כוללים נוכחות של מולקולות לא מאוגדות. מודלים ממוחשבים מצביעים על כך שככל שהמים מתקררים, רשתות המולקולות דומות יותר ויותר למשושים הדומים לאלה שבקרח.

המצב המוצק תואם סידור גבישי מחמיר. בלחץ רגיל, לקרח יש מבנה משושה. בטמפרטורה נמוכה (מתחת ל -80 מעלות צלזיוס), זה יכול לקחת מבנה מעוקב. מטענים חשמליים יכולים לנוע בסריג הקריסטל ולייצר פגמים גבישיים מסוג יונים: פרוטון hydrated H3O + ויון הידרוקסיל OH-. סריג הקריסטל של הקרח אינו תואם את הערימה הקומפקטית ביותר של מולקולות. בהתמזגות הפגמים קורסים מכיוון שקשרי המימן נשברים והמולקולות מתקרבות זו לזו: הצפיפות עולה למקסימום ב -4 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, במים נוזליים, העלייה בטמפרטורה דוחקת את המולקולות בנפרד והצפיפות פוחתת.

פרטים, הפניות וביבליוגרפיה:

Blavoux B. ו- Letolle R. (1995) - תרומה של טכניקות איזוטופיות לידע של מי תהום. גיאוכרוניקה, 54, עמ ' 12-15.

קארו פ. (1990) - התכונות הפיזיקליות והכימיות של מים. ספר המים הנהדר, לה וילט, עמ '. 183-194.

Eagland D. (1990) - מבנה המים. La Recherche, 221, p. 548-552.

Maidment DR (1992) - מדריך להידרוגיאולוגיה. מק גראו היל.

Casanova J., Colonna M. and Djerroud K. (1994) - גיאופרוספקטיבה - פליאוקלימטולוגיה. ראפ מדע. BRGM, עמ ' 76-79.

מקור: http://www.u-picardie.fr/

השאירו תגובה

כתובת הדוא"ל שלך לא תפורסם. שדות חובה מסומנים *