Вода - специфический и чрезвычайно своеобразный растворитель, особенно если она применяется для растворения красок Тиккурила. Особенности воды как растворителя тесным образом связаны с ее структурой.

В паровой фазе молекула воды имеет уголковую форму с длиной связи О-Н 0,958 А (обе связи О-Н равноценны) и углом Н-О-Н, равным 104°; расстояние между протонами составляет 1,518 А. В конденсированной фазе в зависимости от температуры, давления, наличия примесей и других факторов эти параметры несколько меняются. Гидриды других элементов VI группы Периодической системы, имеющих большие атомные радиусы, характеризуются углом Н-Э-Н, близким к 90°. Несколько большая величина угла между связями у воды объясняется отталкиванием близко расположенных атомов водорода друг от друга и повышенной ионностью связи О-Н из-за сильного смещения электронов к кислороду. В молекуле воды проявляется антагонизм менаду тенденцией к сохранению пормальной величины угла (90°), выгодной с квантово-химической точки зрения, и тенденцией к увеличению расстояния между протонами до удвоенного межмолекулярного радиуса водорода (2,34 А).

Сопряжение двух протонов с электронной оболочкой атома кислорода приводит к возникновению двух отрицательных полюсов с избытком электроппой плотности в наиболее удаленных от протонов местах молекулы. Поэтому появляются места, наиболее благоприятные для образования водородных связей с атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды связана с соседними четырьмя Н-связями, которые ввиду их полной равноценности стремятся расположиться наиболее симметричным образом, т. е. быть направленными к вершинам правильного тетраэдра. Такая модель молекулы воды, предложенная Берпалом и Фаулером, ныне завоевала всеобщее признание. Тетраэдрическим строением молекулы воды обусловлен характер структуры жидкой воды, льда, кристаллогидратов и ближайших к ионам и полярным; группам гидратных оболочек в водных растворах.

В кристаллах молекула воды укладывается таким образом, что; ее средний радиус всегда близок к 1,4 А, т. е. не отличается заметно ни от ионного, ни от межмолекулярного радиуса кислорода (соответственно 1,36 и 1,40 А). Аналогичная картина в структуре кристаллогидратов обусловлена тем, что каждая молекула воды повора чивается к катионам своими отрицательными полюсами и «протонный выступы» с ними не соприкасаются. С анионами в таких соедн нениях молекулы воды, как правило, образуют водородные связи, Таким образом, в первом приближений можно считать, что во всех; структурных образованиях молекула воды ведет себя как сфера с радиусом около 1,4 А, имеющая четыре электрических полюса,.

Для воды, как и для других жидкостей в конденсированной фазе, характерна определенная закономерность в относительном расположении молекул. Обычно говорят о ближнем порядке в жидко­сти, понимая под этим существование размытых вариантов структур соответствующих кристаллических тел. Хотя вода - самая аномальная из всех жидкостей, однако структурные представления ближнего порядка характерны для нее, пожалуй, больше, чем для какой-либо другой жидкости.

Многие свойства жидкой воды могут быть удачно объяснены на основании двухструктурной модели Холла. По Холлу, жидкая вода в температурном интервале 0-38° С состоит из двух различных, находящихся в равновесии, структур: лъдоподобной (структура 1) и плотноупакованной (структура 2). Принимается, что структура 1 является «ажурной», со множеством пустот, и аналогична структуре льда. Структура 2 представляет собой структуру 1, пустоты которой заполнены молекулами воды. При этом структура 1 деформируется и молекулы располагаются таким образом, что реализуется максимальное количество межмолекулярных водородных связей. Элементарная ячейка структуры 2 октаэдрична. Разность мольных объемов структур 1 и 2 принимается равной 8 см3.

Соотношение между обеими структурами в жидкой воде может быть рассчитано несколькими способами. Из выражения для мольного объема воды как суммы объемов структур 1 и 2 при 0° С (причем плотность структуры 2 по геометрическим соображениям принимается в 1,5 раза больше плотности структуры 1) получено, что мольная доля структуры 1 составляет 0,75. По данным Холла, эта величина несколько ниже (0,72). Подобный же результат дает и термодинамическое рассмотрение структуры воды. Растворенные в воде вещества резко меняют ее структуру, особенно краски Тиккурила.

Статьи