Структура молекулы воды и её ионов

Вода – наиболее распространенное химическое соединение. Разнообразие свойств, которые может проявлять вода, скрыты в различиях структуры молекулы воды. Полученная нами информация позволяет приступить к раскрытию и анализу структурных особенностей молекулы воды.

Связи между атомами в молекуле формируют поверхностные электроны, которые мы называем еще и валентными. Валентные электроны атомов, образующих молекулу, могут вступать в связь друг с другом или с протонами ядер, если ячейка ядра, где расположен протон, оказывается свободной. Это свойственно атому водорода.

Часть модели молекулы воды изображаются так, что угол между атомами водорода составляет 105. Если считать, что он соответствует реальности, то с учетом модели ядра атома кислорода, модель молекулы воды будет такой, как показано на рис. 1. Эта модель дает основание считать, что электростатические силы отталкивания, действующие между первым (e1, P1) и вторым (e2, P2) атомами водорода, формируют угол 105. Он образуется, видимо, у кластеров молекул воды, когда она замерзает и превращается в лёд.

Рис. 1. Структура молекулы воды с углом 105между атомами водорода

На рис. 2 показана структура молекулы воды, следующая из структур ядер атомов кислорода и водорода. Два электрона 1 и 2 атома кислорода расположены на оси атома, а шесть остальных – по кругу, перпендикулярному оси.

Можно предположить, что суммарное электростатическое поле шести электронов, расположенных по кругу (назовем их кольцевыми электронами), удаляет первый и второй осевые электроны на большее расстояние от ядра атома, чем то расстояние от ядра атома, на котором распложены кольцевые электроны.

Поэтому осевые электроны атома кислорода являются его главными валентными электронами. Именно к этим электронам и присоединяются электроны атомов водорода и образуется молекула воды (рис. 2).

Рис. 2. Схема первой (заряженной) модели молекулы воды:

a) пространственная схема;

b) линейная схема 1,2,3,4,5,6,7,8 - номера электронов атома кислорода;

 - ядра атомов водорода (протоны);

и  - номера электронов атомов водорода

Символами  и  обозначены электроны атомов водорода и символами  и  - протоны атомов водорода. Номера электронам мы присваиваем в соответствии с последовательностью увеличения их потенциалов ионизации. Первым номером мы обозначили электрон атома кислорода, имеющий наименьший потенциал ионизации . Номером 2 мы обозначили второй электрон атома кислорода, имеющий потенциал ионизации .

Обратим внимание на то, что осевые протоны ядра атома кислорода отделены друг от друга кольцевыми и осевыми нейтронами.

Поэтому при удалении из атома кислорода одного осевого электрона освободившиеся силовые линии магнитного поля осевого протона перераспределяются в цепочке протон - нейтрон-нейтрон - протон так, что напряженность магнитного поля свободного осевого протона ослабнет, а напряженность магнитного поля второго осевого протона, взаимодействующего со вторым электроном, усилится, и энергия его ионизации увеличится до .

Описанное явление присуще, по-видимому, всем ядрам. Этот процесс назван процессом насыщения. Иначе нарушается равенство между электростатическими силами, сближающими электроны с протонами, и магнитными силами, ограничивающими это сближение в случаях, когда часть электронов покидает атом.

Структура атома водорода показывает, что если этот атом соединится с первым осевым электроном атома кислорода своим единственным электроном, то протон окажется на поверхности молекулы и образует зону с положительным зарядом, который будет генерироваться протоном атома водорода.

Аналогичную зону сформирует и протон второго атома водорода, который соединяется со вторым осевым электроном атома кислорода (рис. ............