水的結構

一、水分子結構

H2O分子結構中，是以O核為頂的等腰三角形。 在水蒸氣分子中測定：O-H距離為0.9568埃，H-H距離為1.54埃，H-O-H的鍵角為104.5°。

    氫原子的電子構型為1 S1，氧原子的電子構型為1S22S22P4。氧的2S22P4等6個電子以不等性SP3雜化規道與兩個氫原子的1 S1電子結合為4對，構成O-H共價鍵及兩對孤對電子。

    H-O-H所在平面與孤對電子所在平面是相互垂直的。

氫原子的S電子云與氧原子的P電子云相重疊，形成整個水分子的統一電子云，其電子云密度主要集中在氧核附近。從而構成氧端帶負電、氫端帶正電的典型極性分子。

水分子的偶極距很大，μ=1.84德拜。----極性甚強。

圖1-1 水的分子結構

二、液態水的結構

1、液態水的結構

水在液態下不是以單個水分子的形式存在，而是通過氫鍵產生締合分子。

水的締合是放熱過程，所以溫度升高，水的締合程度下降，即（H2O）x的x值減小。在高溫時，水主要以單分子狀態存在。溫度降低時水的締合度增大，即（H2O）x的x值增大。273.16K時水結成冰，全部水分子締合成一個巨大締合分子。

每個水分子可以同相接近的另外四個水分子生成四個氫鍵。五個水分子之間就形成了四個氫鍵。

氫鍵能并不是高，但它的數目多，切可在三維方向延伸展開，若全部飽和，總的氫鍵結合能可達10.2kcal/mol，對分子間作用來說已相當大。

氣態的水分子大多是單個分子，間或有二聚體，很少三聚體。

2、液態水的結構模型

連續模型，或均相模型：在冰溶解為水時，并未使氫鍵斷裂，只是發生氫鍵的彎曲或扭轉，氫鍵的能量隨H-O-H鍵角而變化。

混合模型：在冰溶解時有一部分氫鍵解體，液態水中存在一部分單個的自由水分子，而有相當部分仍以微小冰晶粒子狀態存在（其中包含有數十個水分子而成為水的締合體）。--一般水中是由自由水分子與微細晶體碎屑共存。

閃動模型：水分子之間的締合不是固定的，而是在每一瞬間不斷地交換對象，形成水分子的自擴散。

三、冰的結構

冰中的每一個水分子都被相鄰的四個水分子包圍，每個水分子位于變形四面體的頂點，冰是由無數個這樣的四面體通過氫鍵互相連結成一個龐大的晶體。

在冰中， O-H距離為0.99埃，H-O-H的鍵角為109°30′。

由于氫鍵的方向性要求，水分子不能做到緊密堆積，整個冰的結構是六方晶系晶格，因此，冰的晶體具有較大的空隙，即水結成冰后，體積增大，密度減小。

晶格排列整齊的是普通的冰，稱為I或 Ih型，其密度只有0.92g/cm3。水分子的中心距離由2.67埃到3.47埃。

在不同的低溫和高壓下，冰的形態結構有13種相變，其密度從0.92到1.63g/cm3不等。