PDF《浅谈水的结构化学》

8 个最近邻 ,其中

4 个以氢键结合 , O H O 距离为 295pm ,另外

4 个没有氢键结合 ,距离相同 ,表明范德华接触的 O O 距离 比氢键的 O H O 距离更容易压短.图6示出冰2 Ⅶ 的结构 ,图中晶胞中只有

2 个O原子 , 图6冰2 Ⅶ 的结构

4 个 H原子 ,这4个H原子处在中心 H2O 分子形成的

4 个氢键中. 冰在高压下结构上的变化首先是使 O 原子周围的配位偏离四面体 , 产生复杂的氢键体系 ,直至形成两套独立的互相贯穿渗透的氢键骨 架 ,这时各套内部 O 原子的配位和氢键体系变得较为简单.冰2 Ⅷ 的 结构和冰2 Ⅶ 相似 ,但氢键是有序化的 ,因而其晶体结构的对称性从 立方晶系降为四方晶系. 在非常高的压力 (约44 GPa) 下 ,可得到冰2 Ⅹ,在它的晶体结构 中,H 原子处在氢键的两个 O 原子的中心点上 ,形成对称氢键 ,这一 结果已经由红外光谱予以证实[8 ,10 ] .因未见详细晶体结构报导 ,故 未列入表

1 中. 由上述关于冰的晶体结构可见 ,水在不同的温度和压力条件下可形成

11 种不同结构的晶 体 ,跨越

6 个晶系 ,10 种空间群 ,密度从比水轻的 0. 92g・ cm -

3 到约为水的一倍半的 1.

49 g・ cm -

3 ,冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物.在各种晶型的 冰的结构中 ,最基本的共同特征是水分子的四面体形取向的氢键体系.氢键是冰中水分子间 作用力的主要形式.高压下冰密度的增加 ,不是依靠压缩氢键 O H O 的键长 ,而是调整 水分子的堆积形式 ,使水分子间非键距离缩短.

3 气体水合物的结构[

2 ,11 ,12] 气体水合物是一类通过 O H O 氢键将 H2O 分子结合成三维骨架型的主体结构 ,在其 中有多面体孔穴 ,孔穴中包含作为客体( G) 的气体小分子 ,形成笼形水合包合物晶体.根据客 体分子的大小和形状 ,水分子可组成多种形式的主体骨架结构.已知有上百种气体分子和水 形成水合包合物.表2列出若干实例.图7示出表

2 中所列的多面体的结构. 图7气体水合物晶体中 ,由水分子通过氢键形成的几种多面体孔穴

7 5 表2若干气体水合物结构 晶胞化学式 晶系 空间群 晶胞参数/ pm G所处多面体和数目 8CH4・ 46H2O 立方 Pm3 m

1180 2[512 ] ,6[512

62 ] 6(CH2) 2O・ 46H2O 立方 Pm3 m

1187 6[512

62 ] 8C4H8O・ 16H2S・ 136H2O 立方 Fd3 m

1731 8[512

64 ] ,16[512 ] 16(CH3) 3CNH2・........