Le proprietà dell'acqua: isotopi e struttura molecolare.


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Le proprietà dell'acqua: isotopi e struttura molecolare.

Le proprietà di 1 acqua: generali
proprietà dell'acqua 2: proprietà fisiche e chimiche

composizione isotopica delle acque

L'acqua è una miscela di varie combinazioni di isotopi di ossigeno e idrogeno differiscono tra loro per il numero di neutroni associati protoni nel nucleo.

1H,2 H (deuterio)3H (Tritium)

16O, 17O,18O.

I rapporti isotopici sono:

idrogeno:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

Il trizio è un elemento instabile, il suo tempo (tempo di dimezzamento) è anni 12,5.

Per l'ossigeno:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

4 principali specie molecolari e la loro frequenza è il seguente:

1H216O = 99,7%

1H218 O = 0,2%

1H217O = 0,04%

1HD16O = 0,03%

D216O = molto basso

Diversi isotopi inducono differenze nelle proprietà fisiche delle molecole, in particolare la loro densità, ma le proprietà chimiche rimangono gli stessi.

acqua D pesante2O esiste in natura, ma molto
debole. Per essere una discreta quantità, si deve padroneggiare le tecniche di separazione degli isotopi: si trattava di una questione fondamentale durante l'ultima guerra mondiale per la preparazione di armi nucleari.

La composizione isotopica dei componenti chimici dall'acqua viene utilizzato per la stima dei parametri termodinamici quali temperatura;
il rapporto 18 O/16O ghiaccio calotte polari e l'acqua da falde acquifere fossili per informazioni sul clima del passato.

L'evaporazione di acqua dell'oceano è con frazionamento isotopico: l'isotopo più leggero di ossigeno evapora a preferenza di isotopo pesante. Gli oceani sono più ricchi di isotopi pesanti di nuvole d'acqua e precipitazioni.

isotopi di acqua nel piovana
Contenuto di isotopi stabili di precipitazioni (basata Blavoux e Letolle, 1995).

isotopi di ossigeno in coralli
Cambiare il contenuto di isotopi di ossigeno nei coralli di Mayotte (secondo Casanova et al., 1994).

Struttura della molecola

Gli atomi di idrogeno e ossigeno in comune i loro elettroni per formare uno strato completo come neon. Infatti, manca 2 elettroni all'atomo di ossigeno per completare il suo livello elettronico, è gli atomi di idrogeno 2 che forniscono. Il formato H2O molecola è stabile.

Ossigeno: protoni 8 8 + neutroni
Idrogeno: 2 (2 * (1 1 neutroni protoni +))

Totale: protoni 10 10 bilanciando i carichi di elettroni.

I nuclei di idrogeno hanno un lato dell'ossigeno per formare una caratteristica "testa di Topolino" (gli idrogeni sono le orecchie).

struttura molecolare dell'acqua

L'angolo HOH è 104,474 ° (caratteristico della geometria tetraedrica). La distanza tra l'ossigeno e l'idrogeno è vicino 1 A ° (A ° 0,95718) nel vapore. Il diametro effettivo della molecola è dell'ordine di 2,82 A °.

Cariche elettriche sono equamente distribuiti in questa piccola molecola. Gli elettroni sono più fortemente attratti l'atomo di ossigeno a cui un idrogeno. Si crea cariche positive centri 2 vicino i nuclei di idrogeno ed oneri negativi centri 2 vicino al nucleo di ossigeno. Questo squilibrio nella distribuzione dei carichi, in combinazione con la geometria lineare della molecola d'acqua, è caratterizzata dalla presenza di un forte momento di dipolo elettrico. La molecola di acqua è polare; si comporta come un dipolo elettrico che può legarsi con altre molecole polari. Infatti, le molecole d'acqua possono essere inseriti tra gli ioni costituenti un cristallo indirizzandoli alla parte di carica elettrica opposta loro. L'attrazione degli ioni cristallo è molto indebolito e la coesione del cristallo è diminuita, facilitando la dissoluzione. Le proprietà polari della molecola d'acqua spiegano la tecnica di riscaldamento mediante microonde. Infatti una molecola polarizzata viene orientato rispetto ad un campo elettrico; se varia, la molecola segue il cambio di direzione. Da una certa frequenza, qualche GHz per l'acqua, movimenti di molecole producono calore per attrito. forni domestici operano generalmente ad una frequenza di 2,45 GHz, che corrisponde a UHF.

3 i nuclei della molecola non è immobile, li muovono l'uno rispetto all'altro, la molecola vibra e torsioni. In acqua allo stato liquido, le molecole tendono ad associare: bind Mickey dirige mento orecchio contro legami idrogeno. Infatti, sugli elettroni periferici 8 4 ossigeno solo sono coinvolti in legami covalenti con atomi di idrogeno. 4 rimanenti elettroni sono raggruppati in coppie 2 chiamato coppie di elettroni liberi. Ogni doppietto di carica elettrica negativa può formare un legame elettrostatico con un atomo di idrogeno con carica positiva da una molecola d'acqua vicino. Il legame idrogeno è stabile a temperatura ambiente, è tuttavia fragili rispetto al legame covalente. Nella molecola d'acqua, geometria formato dalla direzione di legami covalenti 2 e coppie di elettroni liberi 2 è simile a quella di un tetraedro cui centro è occupato dai nuclei di ossigeno.

Tuttavia, la grande struttura della molecola d'acqua è ancora imperfettamente noto. I modelli di diffrazione RX e neutroni forniscono valori principali 2: un segnale corrispondente 1 A °, la distanza tra i nuclei di idrogeno e ossigeno, e un valore di 2,84 4 ° A variare a seconda della temperatura e la congruenza la distanza tra 2 nuclei di ossigeno. La diffrattometria a raggi X utilizzato anche per individuare il numero medio di molecole per unità di volume di liquido si trova ad una distanza R di una data molecola. Una molecola di acqua su 4,4 media adiacente, suggerendo una maglia tetraedrica. In aggiunta molecole unite da legami di idrogeno esistere altre molecole non correlate, che può spiegare perché il numero di molecole vicine è leggermente superiore 4 e 4 non esattamente come lo Stato avrebbe imposto rigoroso tetraedrica cristallino. La rete cristallina di molecole unite da legami di idrogeno costituiscono cavità che depositare le molecole non legate. Un'altra ipotesi è basata sulla distorsione di legami idrogeno. Quest'ultimo, in origine lineare, vale a dire, con gli atomi di O-HO allineati, potrebbe piegare a vari livelli e consentire molecole più distanti come vicini vicini di avvicinarsi alla molecola centrale.



I modelli teorici sono stati recentemente sviluppati utilizzando computer potenti. Essi indicano che circa il 80% delle molecole d'acqua sono coinvolti in 3 4 o legami a idrogeno; Tuttavia, escludono la presenza di molecole non legate. Computer modeling suggerisce che l'acqua si raffredda, reti molecole assomigliano sempre più simili a quelle del ghiaccio esagonale.

Lo stato solido corrisponde ad una disposizione cristallina più severe. A pressione ordinaria, ghiaccio ha una struttura esagonale. A basse temperature (al di sotto -80 ° C), si può prendere un struttura cubica. Cariche elettriche possono muoversi nel reticolo cristallino e produrre difetti di cristallo di tipo ionico: idratata protone H3O + e OH- idrossile ionico. Il reticolo cristallino del ghiaccio non corrisponde allo stack più compatto possibile molecole. Una fusione, difetti stanno crollando perché i legami di idrogeno si rompono e le molecole di un po 'più vicino: le densità aumenta fino ad un massimo a 4 ° C. Successivamente, in acqua liquida, l'aumento di temperatura differisce molecole e la densità diminuisce.

Dettagli, riferimenti e bibliografia:

Blavoux Letolle B. e R. (1995) - Contributi di tecniche isotopiche alla conoscenza delle acque sotterranee. Géochronique, 54, pag. 12-15.

Caro P. (1990) - Le proprietà fisiche e chimiche dell'acqua. Il grande libro delle acque, La Villette, pag. 183-194.

Eagland D. (1990) - La struttura dell'acqua. La ricerca, 221, pag. 548-552.

Maidment DR (1992) - Manuale di idrogeologia. The McGraw-Hill.

J. Casanova, Colonna M. e K. Djerroud (1994) - geoprospection - paleoclimatologia. Rapp. segagione. BRGM, p. 76-79.

Fonte: http://www.u-picardie.fr/


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