Строение молекулы воды

Вода представляет собой сложное вещество, основной структурной единицей которого является молекула H₂O, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Схем возможного взаимного расположения атомов H и O в молекуле H₂O за весь период ее изучения было предложено несколько десятков; общепризнанная в настоящее время схема приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема строения молекулы воды:

геометрия молекулы и электронные орбиты

Изучение молекулы воды с помощью спектрографических исследований позволило установить, что она имеет структуру как бы равнобедренного треугольника: в вершине этого треугольника расположен атом кислорода, а в основании его — два атома водорода. Угол при вершине составляет 104°27¢, а длина стороны — 0,096 нм. Эти параметры относятся к гипотетическому равновесному состоянию молекулы без ее колебаний и вращений.

Относительная молекулярная масса H₂O зависит от относительной атомной массы ее составляющих и имеет различные значения, так как кислород и водород имеют изотопы. Кислород имеет шесть изотопов: ¹⁴O, ¹⁵O,.... ¹⁹O, а водород три: ¹H (протий), ²H (дейтерий), ³H (тритий). Некоторые из изотопов радиоактивны, имеют короткое время полураспада и присутствуют в воде в незначительных количествах, другие же получены только искусственным путем и в природе не встречаются.

Таким образом, принимая во внимание изотопы кислорода и водорода, можно составить из них несколько видов молекулы H₂O с различными относительными молекулярными массами. Из них наиболее распространены молекулы ¹H₂¹⁶O с относительными молекулярными массами 18 (обычная вода) и молекулы ²H₂¹⁶O с относительными молекулярными массами 20. Последние молекулы образуют так называемую тяжелую воду. Тяжелая вода по своим физическим свойствам значительно отличается от обыкновенной воды.