Вопрос 1. (В чем заключается особенность строения и свойств воды?)

Шесть валентных электронов в молекуле воды гибридизированы в 4-х Sp³ – орбиталях, которые вытянуты к углам, образуя тетраэдр.

Две гибридных орбитали образуют О-Н связи с углом 105^о, тогда как другие две орбитали имеют несвязанные электронные пары (n-электроны). О-Н ковалентные связи. Благодаря высоко электро-отрицательному кислороду, имеет частичный (на 40%) ионный характер.

Каждая молекула воды тетраэдрически координирована с четырьмя другими молекулами воды благодаря водородным связям, энергия диссоциации которой составляет – 25 кДж/моль.

Одновременное присутствие в молекуле воды двух доноров и двух акцепторов делает возможной ассоциацию в трехмерную сеть, стабилизированную водородными связями. Частичная поляризация Н-О связи в дальнейшем увеличивается за счет образования водородных связей. Вследствие этого дипольный момент комплекса, состоящего из увеличенного числа водных молекул (мультимолекулярный диполь) тем больше, чем больше молекул ассоциировано и, естественно, больше, чем дипольный момент единичной молекулы. Поэтому, диэлектрическая константа воды является большой и превышает величину, которая может быть вычислена на основе дипольного момента единичной молекулы.

Транспорт (перенос) протона имеет место вдоль водородной связи. Не зависимо от того, получен протон путем диссоциации воды или от кислоты, он будет погружаться в орбитали неподеленных электронов воды. Таким образом, образуется гидратированный Н₃О⁺ ион с исключительно сильной водородной связью (энергия диссоциации 100 кДж/моль). Подобный механизм действует и в транспорте ОН^- - ионов, который также имеет место вдоль водородных связей.

Способность воды образовывать трехмерные водородные связи объясняет и многие другие ее необычайные свойства, такие как, высокие значения теплоемкости, точки плавления, кипения, поверхностного натяжения, теплот различных фазовых переходов, поскольку для разрушения водородных связей в ассоциатах воды необходима дополнительная энергия.