Экспериментальные исследования показывают, что суммарный эффект воздействия давления зависит от температурных условий. При низких температурах (примерно до 30° С) интенсивность трансляционного движения молекул воды сравнительно невелика. Поэтому увеличение давления воздействует главным образом на структуру воды, разупорядочивая ее, вследствие чего вязкость воды снижается. При температурах выше 30° С разрушающий эффект давления уже не компенсирует его воздействия на тепловое движение частиц воды; скорость движения последних достаточно высока, а возрастающее давление уменьшает ее, благодаря чему вязкость увеличивается.
Таким образом, подвижное равновесие воды ассоциаты ↔ мономеры, в значительной степени зависящее от температуры, сдвигается в условиях низких температур в левую сторону и вызывает тем самым эффект уменьшения вязкости при росте давления. В области повышенных температур, когда равновесие сдвинуто вправо, увеличение давления приводит к возрастанию вязкости. Последняя поэтому является переменной величиной и зависит от степени разрушенности структуры воды. В пределе она переходит в постоянную величину и становится наибольшей в момент, когда структура воды практически не разрушена, и наименьшей при полном разрушении структуры (Бондаренко, 1973).
Весьма интересно влияние структуры воды на диэлектрическую ее проницаемость. Оно связано, прежде всего, с полярным строением молекул воды, вследствие чего в воде создается электрическое поле. Однако, как подчеркивает Ю. В. Гуриков, величина дипольного момента находится в прямой зависимости от степени упорядоченности расположения молекул воды в ее структуре, т. е. от наличия водородных связей. Образование водородной связи между молекулами воды эквивалентно появлению диполя, положительный конец которого располагается на протоне, а отрицательный – в центре деформированного электронного облака, создаваемого парой неподеленных электронов атома кислорода. Значительно возросший при этом дипольный момент молекул воды приводит к одновременному увеличению поляризации последней, а значит, и к увеличению способности к растворению. Отсюда универсальность воды как растворителя, определяющаяся существованием водородной связи, а не только полярностью ковалентной связи О—Н в молекуле воды, которая сравнительно невелика.
Поскольку диэлектрическая проницаемость воды зависит от степени упорядоченности ее структуры, т. е. от состояния подвижного равновесия ассоциаты ↔ мономеры, влияние температуры на величину диэлектрической проницаемости весьма существенно: по мере роста температуры диэлектрическая проницаемость падает, а значит, уменьшается и растворяющая способность воды. В пределе, когда равновесие полностью сдвинуто в сторону мономеров, лишенных водородной связи, диэлектрическая проницаемость становится минимальной (не более 2—3) и одновременно резко понижается растворяющая способность воды. Вода при этом по физическим свойствам приближается к своим химическим аналогам: H2S, H2Se и Н2Те, которые не обладают водородной связью.
При понижении температуры диэлектрическая проницаемость увеличивается, а следовательно, растет растворяющая способность воды. Она максимальна у льда, который характеризуется наиболее упорядоченной структурой и 100%-ным содержанием водородных связей.
Таким образом, отчетливо видно несоответствие между теоретическими предпосылками о растворяющей способности воды и фактическими данными, которые говорят о преимущественном увеличении для многих веществ их растворимости с ростом температуры. Главная причина, по-видимому, заключается в том, что физическая величина растворения любого тела является сложной функцией, зависящей от ряда факторов: теплового движения молекул растворяющегося тела, диссоциации, взаимной поляризации, способности элементов к комплексообразованию и т.д. Поэтому у каждого соединения оказывается своя величина физической растворимости, которую трудно предсказать. Многие соединения лучше растворяются в горячей воде, чем в холодной, хотя, опираясь только на поведение диэлектрической проницаемости воды, следовало бы ожидать обратного эффекта.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.