Заполнение пространства правильными додекаэдрами

Исходя из экспериментальных и модельных представлений допускают, что в воде существуют три типа «решеток», каждая из которых преобладает при определенных температурах:

А) при нормальных условиях устойчивой является модификация лед I (структура вюртцита ZnS). Для этой структуры характерны слои молекул, образующие шестичленные кольца;

Б) при Т < 4° С образуется тетраэдрически координированная решетка, похожая на искаженную структуру тридимита;

В) в интервале температур 4-200° С преобладает тетраэдрическая решетка Я-связей, напоминающая решетку кварца;

Г) при Т > 200° С вода имеет характерную для нормальных жидкостей плотную упаковку.

Эти «решетки» далеки от идеальных и существуюг в разных соотношениях при любой температуре. Наиболее распространенной является двухструктурная модель, предполагающая наличие в воде льдоподобной и плотно упакованной структур.

Тетраэдрическое расположение молекул воды во льду и отчасти в жидком состоянии, высокая степень упорядоченности в расположении молекул объясняются не только строением самой молекулы, но и возможностью образования водородных связей. Последняя является одним из типов межмолекулярной связи, которая проявляется во всех агрегатных состояниях многочисленных веществ. Характерной особенностью ее является то, что она наблюдается только между электроотрицательными атомами (F, О, N, С, С1). Если энергия химической связи составляет 50-100 ккал/моль, ван-дер-ваальсовой -2-3 ккал/моль, то энергия водородной связи — 6-Ю ккал/моль. Водородная связь из-за сравнительно небольшой величины энергии играет большую роль в процессах, происходящих при обычных температурах.

Существует много разнообразных типов водородной связи. Рассмотрим модель коллективной межмолекулярной связи, которая предполагает наличие замкнутого кольца, в котором от каждой молекулы участвует одна валентная связь и одна неподеленная электронная пара.