Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.10. Спектры воды в различных агрегатных состояниях
Известно, что молекулы образуют различные комплексы. Пары воды имеют плотность 10–3 г/см3 и ниже. Расстояние между молекулами ≈ 30 Å. Молекулы в этих условиях совершают колебательные и вращательные движения, поэтому спектр воды в этом агрегатном состоянии состоит из очень большого числа линий.
Твердая фаза воды – лед, оказывается, тоже имеет далеко не единственную форму существования. Наиболее распространенным в природе и поэтому лучше изученным является гексагональный лед, образующийся при атмосферном давлении и плавном понижении температуры ниже 0 °С. При охлаждении до –130 °С образуется кубический лед с иным расположением молекул в кристаллической решетке, но, тем не менее, с совершенно тождественным спектром поглощения. При дальнейшем понижении температуры (ниже –150 °С) образуется аморфный или стеклообразный лед.
Обертонные колебания. В интервале частот от 14 000 до 3750 см–1 были измерены спектры всех трех изотопных аналогов воды при температурах от –9 до 400 °С. По мере повышения температуры все полосы испытывают плавное смещение в сторону больших частот, а их интенсивности начиная с +60 °С монотонно увеличиваются (рис. 14).
а б в
Рис. 14. Обертонные колебания
Спектры пропускания жидкой воды, находящейся между окнами из различных материалов, заметно отличаются один от другого. Однако, после введения поправок на отражение, даже при самых тщательных измерениях никаких изменений в спектре 1–2-микронного слоя жидкой воды, вносимых поверхностью твердой подложки, обнаружить не удалось.
В процессе растворения находящиеся в воде ионы и молекулы окружаются гидратной оболочкой. При этом связь молекул воды гидратного слоя с центральным ионом будет отличаться от связей между молекулами в жидкой воде. В результате этого колебательные частоты молекул воды гидратного слоя будут отличаться от частот колебаний молекул чистой воды.
Вследствие тепловых колебаний атомов водорода размытие рефлексов стирает практически все преимущества нейтронографических исследований перед рентгенографическими. Метод инфракрасной спектроскопии позволяет установить ряд ее свойств, определить характеристики структуры ее водородной связи, определить частоты колебаний определенных группировок, вычислить интенсивность их полос, кинетические свойства и ряд других особенностей [73].