Межмолекулярные расстояния в воде

Однако в ряде работ Дж. Бернала подчеркивалось, что с точки зрения строения жидкости резко отличаются от кристаллических тел, так как в основе построения структур веществ в этих двух состояниях лежат различные принципы. Полинг, в свою очередь, предложил структурную схему жидкой воды, не исходящую из структуры известных модификаций льда. В основе этой схемы лежит представление о додекаэдрических постройках из молекул воды. Схема Полинга подтверждена в работах А. А. Маленкова, который исходил из следующих предпосылок. В структуре обычного гексагонального льда имеются водородные связи двух типов: зеркально-симметричные от всех связей и центро-симметричные (все остальные связи). Первые называют цис-, а вторые — транс-связями.

Воды изображены в виде тетраэдров, центры которых совпадают с центрами молекул, а вершины — со срединами водородных связей. В структуре льда цис-связи на 0,5% короче транс-связей, т. е. они являются более прочными, обусловливающими гексагональную структуру льда, поскольку в его структуре их число максимально по сравнению со всеми другими структурами. Если построить структуру льда из предпосылок, что водородные связи являются прямолинейными и длина их постоянна, что каждая молекула воды образует четыре связи, углы между которыми должны минимально отличаться от тетраэдрических и количество цис-связей максимально, то тогда пять молекул, соединенных цис-образом, окажутся в вершинах правильного пятиугольника, а 20 — в вершинах додекаэдра.

Заполнение пространства правильными додекаэдрами без промежутков невозможно. Если все же заполнить пространство молекулами, связанными только цис-образом, то не получим трехмерную периодичность. Такая структура не может осуществляться в кристаллическом теле. Поэтому для достижения периодичности 12-гран-ники должны регулярно чередоваться с 14- или 16-гранниками, содержащими шестиугольные грани наряду с пятиугольными.

Таким образом, тетраэдрическое расположение соседних молекул допускает построение додекаэдрических структур.

См. также:  Изменяя последовательно давление пара