Какви междумолекулни сили присъстват във водата?

H₂O молекулата на водата е полярна с междумолекулни дипол-дипол водородни връзки. Докато водните молекули се привличат взаимно и образуват връзки, водата проявява свойства като високо повърхностно напрежение и висока топлина на изпаряване. Междумолекулните сили са много по-слаби от вътремолекулните сили, които държат молекулите заедно, но все пак са достатъчно силни, за да влияят на свойствата на дадено вещество. В случай на вода те карат течността да се държи по уникален начин и й придават някои полезни характеристики.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Водата има силна водородна връзка дипол-дипол междумолекулни сили, които придават на водата високо повърхностно напрежение и висока топлина на изпаряване и я правят силен разтворител.

Докато молекулите имат неутрален заряд като цяло, формата на молекулата може да бъде такава, че единият край да е по-отрицателен, а другият край по-положителен. В този случай отрицателно заредените краища привличат положително заредените краища на други молекули, образувайки слаби връзки, А полярни молекулата се нарича дипол, защото има два полюса, плюс и минус, а връзките, образувани от полярни молекули, се наричат ​​дипол-дипол облигации.

Водната молекула има такива разлики в заряда. Кислородният атом във водата има шест електрона във външната си електронна обвивка, където има място за осем. Двата водородни атома във вода образуват ковалентни връзки с кислородния атом, споделяйки двата си електрона с кислородния атом. В резултат на това от осемте налични свързващи електрона в молекулата два се споделят с всеки от двата водородни атома, оставяйки четири свободни.

Двата водородни атома остават от едната страна на молекулата, докато свободните електрони се събират от другата страна. Споделените електрони остават между водородните атоми и кислородния атом, оставяйки положително заредения водороден протон на ядрото открит. Това означава, че водородната страна на водната молекула има положителен заряд, докато другата страна, където са свободните електрони, има отрицателен заряд. В резултат на това молекулата на водата е полярна и представлява дипол.

Най-силната междумолекулна сила във водата е специална диполна връзка, наречена водородна връзка. Много молекули са полярни и могат да образуват бипол-биполни връзки, без да образуват водородни връзки или дори да имат водород в молекулата си. Водата е полярна, а диполната връзка, която образува, е водородна връзка, базирана на двата водородни атома в молекулата.

Водородните връзки са особено силни, тъй като водородният атом в молекули като водата е малък, гол протон без вътрешна електронна обвивка. В резултат на това той може да се доближи до отрицателния заряд на отрицателната страна на полярната молекула и да образува особено силна връзка. Във вода молекулата може да образува до четири водородни връзки, с по една молекула за всеки водороден атом и с два водородни атома от отрицателната страна на кислорода. Във водата тези връзки са силни, но непрекъснато се променят, разрушават и преформират, за да придадат на водата нейните специални свойства.

Когато към водата се добавят йонни съединения, заредените йони могат да образуват връзки с полярните водни молекули. Например, NaCl или трапезната сол е йонно съединение, тъй като натриевият атом е дал единствения си външен черупков електрон на хлорния атом, образувайки натриеви и хлорни йони. Когато се разтворят във вода, молекулите се дисоциират в положително заредени натриеви йони и отрицателно заредени хлорни йони. Натриевите йони се привличат към отрицателните полюси на водните молекули и образуват там йон-диполни връзки, докато хлорните йони образуват връзки с водородните атоми. Образуването на йон-диполни връзки е причина йонните съединения да се разтварят лесно във вода.

Междумолекулните сили и връзките, които те произвеждат, могат да повлияят на поведението на материала. В случай на вода, относително силните водородни връзки задържат водата заедно. Две от получените свойства са високо повърхностно напрежение и висока топлина на изпаряване.

Повърхностното напрежение е високо, защото водните молекули по повърхността на водата образуват връзки, които създават един вид еластичен филм на повърхността, позволяващ на повърхността да издържа известно тегло и издърпвайки капчици вода в кръг форми.

Топлината на изпаряване е висока, тъй като, след като водата достигне точката на кипене, водните молекули все още са свързани и остават течност, докато се добави достатъчно енергия за разкъсване на връзките. Връзките, базирани на междумолекулни сили, не са толкова силни, колкото химическите връзки, но все пак са важни при обяснението на поведението на някои материали.