填隙结构模型是指水保留了一个像冰或者是笼形的结构,单个水分子填满整 个笼的间隙空间。以上3种模型主要的结构特征是液态水以短暂的氢键缔合形成 扭曲的四面体结构,在所有这些模型中单个水分子之间的氢键是在频繁地交换, 个氢键一旦断裂则随即迅速转变成另一个新的氢键。在恒定的温度下,从宏观 观点看,整个体系的氢键缔合程度和网络结构是保持不变的:然而从微观角度讲, 各个氢键是处在一个不停的运动状态,而且氢键的破坏和形成之间建立了一个动 态平衡。 氢键的键合程度取决于温度,在0℃时冰中水分子的配位数为4,最邻近的 水分子间的距离为276A,冰熔化时一部分氢键断裂(最邻近的水分子间的距离增 大),同时,刚性结构受到破坏,水分子自身重新排列成为更紧密的网络结构, 这与大量氢键的扭曲变形和熔化潜热的输入有关。随着温度上升,水的配位数增 多。例如,0℃时冰中水分子的配位数为4,水在1.5℃和83℃时的配位数分别为 44和49。而邻近的水分子之间的距离则随着温度升高而加大,从0℃时的276A 增至1.5℃时29A和83℃时的305A。显然,水的密度随着邻近分子间距离的增 大而降低,当邻近水分子平均数增多时其结果是密度增加,所以冰转变成水时, 净密度増大,当继续温和加热至398℃时密度可达到最大值。随着温度继续上升 即密度开始逐渐下降。显然,在温度0℃和3.98℃之间水分子的配位数增多,水 的密度增大,而温度超过3.98℃时,由于热膨胀使邻近水分子间的距离增大 水的低粘度与结构有关,因为氢键网络是动态的,当分子在纳秒甚至皮秒这 样短暂的时间内改变它们与邻近分子之间的氢键键合关系时,会增大分子的淌度 (或流动性)。 第三节水与溶质间的相互作用 一般概念 向水中添加各种不同的物质,不仅会改变被添加物质的性质,水本身的性质 也会发生明显的变化。亲水性物质靠离子-偶极或偶极-偶极相互作用同水强烈地 相互作用,因而改变了水的结构和流动性,以及亲水性物质的结构和反应性。被 添加物质的疏水基团与邻近的水分子仅产生微弱的相互作用,邻近疏水基团的水 比纯水的结构更为有序。这种热力学上不利的变化过程,是由于熵减小的原因引 起的。为使这种热力学上不利的变化降低到最小的程度,必须尽可能使疏水基团 聚集,以便让它们同水分子的接触机会减小至最低限度,这种过程称为疏水相互 作用 在讨论水与溶质相互作用的特性之前,首先介绍几个有关的术语,即水结合 ( water bind ing)、水合作用( hydration)、结合水 (bound water)和持水容量( water holding capacity)- 10 - 填隙结构模型是指水保留了一个像冰或者是笼形的结构，单个水分子填满整 个笼的间隙空间。以上 3 种模型主要的结构特征是液态水以短暂的氢键缔合形成 扭曲的四面体结构，在所有这些模型中单个水分子之间的氢键是在频繁地交换， 一个氢键一旦断裂则随即迅速转变成另一个新的氢键。在恒定的温度下，从宏观 观点看，整个体系的氢键缔合程度和网络结构是保持不变的；然而从微观角度讲， 各个氢键是处在一个不停的运动状态，而且氢键的破坏和形成之间建立了一个动 态平衡。 氢键的键合程度取决于温度，在 0℃时冰中水分子的配位数为 4，最邻近的 水分子间的距离为 2.76Å，冰熔化时一部分氢键断裂(最邻近的水分子间的距离增 大)，同时，刚性结构受到破坏，水分子自身重新排列成为更紧密的网络结构， 这与大量氢键的扭曲变形和熔化潜热的输入有关。随着温度上升，水的配位数增 多。例如，0℃时冰中水分子的配位数为 4，水在 1.5℃和 83℃时的配位数分别为 4.4 和 4.9。而邻近的水分子之间的距离则随着温度升高而加大，从 0℃时的 2.76Å 增至 1.5℃时 2.9Å 和 83℃时的 3.05Å。显然，水的密度随着邻近分子间距离的增 大而降低，当邻近水分子平均数增多时其结果是密度增加，所以冰转变成水时， 净密度增大，当继续温和加热至 3.98℃时密度可达到最大值。随着温度继续上升 即密度开始逐渐下降。显然，在温度 0℃和 3.98℃之间水分子的配位数增多，水 的密度增大，而温度超过 3.98℃时，由于热膨胀使邻近水分子间的距离增大。 水的低粘度与结构有关，因为氢键网络是动态的，当分子在纳秒甚至皮秒这 样短暂的时间内改变它们与邻近分子之间的氢键键合关系时，会增大分子的淌度 （或流动性）。 第三节 水与溶质间的相互作用 一、 一般概念 向水中添加各种不同的物质，不仅会改变被添加物质的性质，水本身的性质 也会发生明显的变化。亲水性物质靠离子-偶极或偶极-偶极相互作用同水强烈地 相互作用，因而改变了水的结构和流动性，以及亲水性物质的结构和反应性。被 添加物质的疏水基团与邻近的水分子仅产生微弱的相互作用，邻近疏水基团的水 比纯水的结构更为有序。这种热力学上不利的变化过程，是由于熵减小的原因引 起的。为使这种热力学上不利的变化降低到最小的程度，必须尽可能使疏水基团 聚集，以便让它们同水分子的接触机会减小至最低限度，这种过程称为疏水相互 作用。 在讨论水与溶质相互作用的特性之前，首先介绍几个有关的术语，即水结合 (water binding)、水合作用(hydration)、结合水(bound water)和持水容量(water holding capacity)