Специфіка водневих зв’язків у воді
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.7.586Ключові слова:
вода, водневi зв’язки, термодинамiчнi властивостi, кiнетичнi властивостiАнотація
У роботі аналізується специфіка прояву водневих зв’язків у структурних і термодинамічних властивостях води. Виходячи з певної структури молекули води, запропоновано новий механізм утворення димерів води й виникнення водневого зв’язку водночас. Встановлено, що характерні кути димеру води цілком задовільно узгоджуються з експериментальними даними. Показано, що взаємне відхилення кривих співіснування води й аргону зумовлено короткочасними водневими зв’язками в усьому інтервалі існування рідинного стану води. Доведено, що відсутність довготривалих водневих зв’язків у воді зумовлена нестабільністю їхніх поперечних теплових збуджень. Розглянуто характерні значення температури води у рідинному стані.
Посилання
1. D. Eisenberg, W. Kauzmann. The Structure and Properties of Water (Oxford University Press, 2005) [ISBN: 9780198570264].
https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198570264.001.0001
2. M. Chaplin. Water Structure and Science (Retrieved, 2025).
3. S.G. Sotiriadou, K.D. Antoniadis, M.J. Assael, M.L. Huber. Reference correlation of the viscosity of argon. Int. J. Thermophys. 46, 133 (2025).
https://doi.org/10.1007/s10765-025-03603-8
4. O. Khorolskyi, N.P. Malomuzh. pH and H-bonding energy for pure water. Chem. Phys. Lett. 828, 140713 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2023.140713
5. N.P. Malomuzh, O. Khorolskyi. Structure and properties of the hydroxonium ion. Chem. Phys. Lett. 858, 141743 (2025).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2024.141743
6. H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, J. Hermans. Interaction models for water in relation to protein hydration. In: Intermolecular Forces. Ed. by B. Pullman (D. Reidel Publishing Company, 1981) [ISBN: 9789027713261].
https://doi.org/10.1007/978-94-015-7658-1_21
7. N.P. Malomuzh. Clustered structure of water and its argon-like equation of state. RENSIT 12 (1), 39 (2020).
https://doi.org/10.17725/rensit.2020.12.039
8. R.A. Buckingham. The classical equation of state of gaseous helium, neon and argon. Proc. R. Soc. Lond. A Math. Phys. Sci. 168 (933), 264 (1938).
https://doi.org/10.1098/rspa.1938.0173
9. M. Rieth. Nano-Engineering in Science and Technology: An Introduction to the World of Nano-design (World Scientific Publishing Company, 2003) [ISBN: 9789812380746].
10. H.J.C. Berendsen, J.R. Grigera, T.P. Straatsma. The missing term in effective pair potentials. J. Phys. Chem. 91 (24), 6269 (1987).
https://doi.org/10.1021/j100308a038
11. W.L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J.D. Madura, R.W. Impey, M.L. Klein. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water. J. Chem. Phys. 79, 926 (1983).
https://doi.org/10.1063/1.445869
12. W.L. Jorgensen. Transferable intermolecular potential functions for water, alcohols, and ethers. Application to liquid water. J. Am. Chem. Soc. 103, 335 (1981).
https://doi.org/10.1021/ja00392a016
13. J.A. Odutola, T.R. Dyke. Partially deuterated water dimers: Microwave spectra and structure. J. Chem. Phys. 72, 5062 (1980).
https://doi.org/10.1063/1.439795
14. U. Bergmann, A. Di Cicco, P. Wernet, E. Principi, P. Glatzel, A. Nilsson. Nearest-neighbor oxygen distances in liquid water and ice observed by x-ray Raman based extended x-ray absorption fine structure. J. Chem. Phys. 127, 174504 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2784123
15. V.P. Voloshin, Y.I. Naberukhin. Hydrogen bond lifetime distributions in computer-simulated water. J. Struct. Chem. 50, 78 (2009).
https://doi.org/10.1007/s10947-009-0010-6
16. Y.I. Naberukhin, V.P. Voloshin. Distributions of hydrogen bond lifetimes in instantaneous and inherent structures of water. Z. Phys. Chem. 223, 1119 (2009).
https://doi.org/10.1524/zpch.2009.6062
17. V.P. Voloshin, Yu.I. Naberukhin, G.G. Malenkov. Percolation analysis of the network of hydrogen water connections: the dyeing of connections on time of life and energy. Struct. Dynam. Mol. Syst. 10, 12 (2011).
18. P.V. Makhlaychuk. The role of hydrogen bonds in the formation of water properties. Author's abstract of the dissertation of the candidate of physical and mathematical sciences: 01.04.02 (Odesa, 2013).
19. H.J.C. Berendsen, G.A. van der Velde. In: CECAM Report of Workshop on Molecular Dynamics and Monte Carlo Calculations on Water. Ed. by H.J.C. Berendsen (CECAM, 1972).
20. H. Umeyama, K. Morokuma. The origin of hydrogen bonding. An energy decomposition study. J. Am. Chem. Soc. 99 (5), 1316 (1977).
https://doi.org/10.1021/ja00447a007
21. M. Schütz, S. Brdarski, P.-O. Widmark, R. Lindh, G. Karlström. The water dimer interaction energy: Convergence to the basis set limit at the correlated level. J. Chem. Phys. 107 (12), 4597 (1997).
https://doi.org/10.1063/1.474820
22. W. Wagner, A. Pruss. The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use. J. Phys. Chem. Ref. Data 31, 387 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1461829
23. V.L. Kulinskii, N.P. Malomuzh. Dipole fluid as a basic model for the equation of state of ionic liquids in the vicinity of their critical point. Phys. Rev. E 67, 011501 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.67.011501
24. L.A. Bulavin, N.P. Malomuzh. Upper temperature limit for the existence of the alive matter. J. Mol. Liq. (Letter to the Editor) 124, 136 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2005.11.027
25. A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh. To what extent is water responsible for the maintenance of the life for warm-blooded organisms? Int. J. Mol. Sci. 10, 2383 (2009).
https://doi.org/10.3390/ijms10052383
26. A.A. Guslisty, O.D. Stoliaryk, O.V. Khorolskyi. Similarity between the electrophysical properties of albumin macromolecules and magnetic properties of paramagnets. Ukr. J. Phys. 70 (7), 460 (2025).
https://doi.org/10.15407/ujpe70.7.460
27. N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk, P.V. Makhlaichuk, K.N. Pankratov. Cluster structure of water in accordance with the data on dielectric permittivity and heat capacity. J. Struct. Chem. 54, S205 (2013).
https://doi.org/10.1134/S0022476613080039
28. K. Okada, M. Yao, Y. Hiejima, H. Kohno, Y. Kajihara. Dielectric relaxation of water and heavy water in the whole fluid phase. J. Chem. Phys. 110, 3026 (1999).
https://doi.org/10.1063/1.477897
29. H.R. Pruppacher. Self-diffusion coefficient of supercooled water. J. Chem. Phys. 56, 101 (1972).
https://doi.org/10.1063/1.1676831
30. J.H. Simpson, H.Y. Carr. Diffusion and nuclear spin relaxation in water. Phys. Rev. 111, 1201 (1958).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.1201
31. A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh, A.V. Oleynik. To what extent are thermodynamic properties of water argon-like? Chem. Phys. Lett. 450, 297 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2007.11.036
32. N.P. Malomuzh, K.S. Shakun. Collective components of self-diffusion in liquids. Phys. Usp. 64, 157 (2021).
https://doi.org/10.3367/UFNe.2020.05.038759
33. V.N. Makhlaichuk, N.P. Malomuzh. Manifestation of cluster excitations in dielectric properties of water vapor and liquid water as well as their heat capacity. J. Mol. Liq. 253, 83 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.01.018
34. O.D. Stoliaryk, O.V. Khorolskyi. Influence of atmospheric carbon dioxide on the acid-base balance in aqueous sodium chloride solutions. Ukr. J. Phys. 67 (7), 515 (2022).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
