Jaké mezimolekulární síly jsou přítomny ve vodě?

H₂Molekula vody je polární s intermolekulárními dipól-dipólovými vodíkovými vazbami. Jak se molekuly vody navzájem přitahují a vytvářejí vazby, voda vykazuje vlastnosti, jako je vysoké povrchové napětí a vysoké odpařovací teplo. Intermolekulární síly jsou mnohem slabší než intramolekulární síly, které drží molekuly pohromadě, ale stále jsou dostatečně silné, aby ovlivnily vlastnosti látky. V případě vody způsobují, že se kapalina chová jedinečným způsobem a dávají jí některé užitečné vlastnosti.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Voda má silné mezimolekulární síly vodíkové vazby dipól-dipól, které dodávají vodě vysoké povrchové napětí a vysoké odpařovací teplo a činí ji silným rozpouštědlem.

Zatímco molekuly mají celkově neutrální náboj, tvar molekuly může být takový, že jeden konec je negativnější a druhý konec pozitivnější. V takovém případě negativně nabité konce přitahují kladně nabité konce jiných molekul a vytvářejí slabé vazby, A polární molekula se nazývá dipól, protože má dva póly, plus a minus, a vazby, které tvoří polární molekuly, se nazývají dipól-dipól vazby.

Molekula vody má takové rozdíly náboje. Atom kyslíku ve vodě má ve své vnější elektronové skořápce šest elektronů, kde je místo pro osm. Dva atomy vodíku ve vodě tvoří kovalentní vazby s atomem kyslíku a sdílejí své dva elektrony s atomem kyslíku. Výsledkem je, že z osmi dostupných vazebných elektronů v molekule jsou dva sdíleny s každým ze dvou atomů vodíku a čtyři jsou volné.

Dva atomy vodíku zůstávají na jedné straně molekuly, zatímco volné elektrony se shromažďují na druhé straně. Sdílené elektrony zůstávají mezi atomy vodíku a atomem kyslíku a nechávají exponovaný kladně nabitý vodíkový proton jádra. To znamená, že vodíková strana molekuly vody má kladný náboj, zatímco druhá strana, kde jsou volné elektrony, má záporný náboj. Výsledkem je, že molekula vody je polární a je dipólem.

Nejsilnější mezimolekulární silou ve vodě je speciální dipólová vazba nazývaná vodíková vazba. Mnoho molekul je polárních a mohou tvořit bipol-bipolové vazby, aniž by vytvářely vodíkové vazby nebo dokonce měly ve své molekule vodík. Voda je polární a dipólová vazba, kterou tvoří, je vodíková vazba založená na dvou atomech vodíku v molekule.

Vodíkové vazby jsou obzvláště silné, protože atom vodíku v molekulách, jako je voda, je malý, nahý proton bez vnitřního elektronového obalu. Ve výsledku se může přiblížit zápornému náboji negativní strany polární molekuly a vytvořit obzvláště silnou vazbu. Ve vodě může molekula tvořit až čtyři vodíkové vazby, s jednou molekulou pro každý atom vodíku a se dvěma atomy vodíku na negativní straně kyslíku. Ve vodě jsou tyto vazby silné, ale neustále se mění, přetrhávají a znovu formují, aby vodě dodaly její speciální vlastnosti.

Když se do vody přidají iontové sloučeniny, nabité ionty mohou vytvářet vazby s polárními molekulami vody. Například NaCl nebo kuchyňská sůl je iontová sloučenina, protože atom sodíku dal svůj jediný vnější obal atomu chloru a vytvořil ionty sodíku a chloru. Po rozpuštění ve vodě se molekuly disociují na kladně nabité ionty sodíku a záporně nabité ionty chloru. Sodné ionty jsou přitahovány k záporným pólům molekul vody a vytvářejí tam ionto-dipólové vazby, zatímco ionty chloru tvoří vazby s atomy vodíku. Tvorba ionto-dipólových vazeb je důvodem, proč se iontové sloučeniny snadno rozpouštějí ve vodě.

Mezimolekulární síly a vazby, které vytvářejí, mohou ovlivnit chování materiálu. V případě vody drží relativně silné vodíkové vazby vodu pohromadě. Dvě z výsledných vlastností jsou vysoké povrchové napětí a vysoké odpařovací teplo.

Povrchové napětí je vysoké, protože molekuly vody podél povrchu vody vytvářejí vazby, které vytvářejí určitý druh elastický film na povrchu, který umožňuje povrchu nést určitou váhu a stahovat kapičky vody do kulata tvary.

Odpařovací teplo je vysoké, protože jakmile voda dosáhne bodu varu, molekuly vody jsou stále vázány a zůstávají kapalinou, dokud se nepřidá dostatek energie k rozbití vazeb. Vazby založené na mezimolekulárních silách nejsou tak silné jako chemické vazby, ale stále jsou důležité při vysvětlování toho, jak se některé materiály chovají.