Das H2O Wassermolekül ist polar mit intermolekularen Dipol-Dipol-Wasserstoffbrückenbindungen. Da sich die Wassermoleküle anziehen und Bindungen eingehen, weist Wasser Eigenschaften wie eine hohe Oberflächenspannung und eine hohe Verdampfungswärme auf. Intermolekulare Kräfte sind viel schwächer als die intramolekularen Kräfte, die die Moleküle zusammenhalten, aber sie sind immer noch stark genug, um die Eigenschaften einer Substanz zu beeinflussen. Im Fall von Wasser verleihen sie der Flüssigkeit ein einzigartiges Verhalten und verleihen ihr einige nützliche Eigenschaften.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wasser hat starke intermolekulare Dipol-Dipol-Bindungskräfte, die dem Wasser eine hohe Oberflächenspannung und eine hohe Verdampfungswärme verleihen und es zu einem starken Lösungsmittel machen.
Polare Moleküle
Während Moleküle insgesamt eine neutrale Ladung aufweisen, kann die Form des Moleküls so sein, dass ein Ende negativer und das andere Ende positiver ist. In diesem Fall ziehen die negativ geladenen Enden die positiv geladenen Enden anderer Moleküle an und bilden schwache Bindungen, A polar Molekül wird Dipol genannt, weil es zwei Pole hat, plus und minus, und die Bindungen, die polare Moleküle bilden, werden Dipol-Dipol genannt Fesseln.
Das Wassermolekül hat solche Ladungsunterschiede. Das Sauerstoffatom im Wasser hat sechs Elektronen in seiner äußeren Elektronenunterschale, wo Platz für acht ist. Die beiden Wasserstoffatome im Wasser gehen kovalente Bindungen mit dem Sauerstoffatom ein und teilen ihre beiden Elektronen mit dem Sauerstoffatom. Als Ergebnis werden von den acht verfügbaren Bindungselektronen im Molekül zwei mit jedem der beiden Wasserstoffatome geteilt, wobei vier frei bleiben.
Die beiden Wasserstoffatome bleiben auf der einen Seite des Moleküls, während sich die freien Elektronen auf der anderen Seite sammeln. Die gemeinsamen Elektronen bleiben zwischen den Wasserstoffatomen und dem Sauerstoffatom und lassen das positiv geladene Wasserstoffproton des Kerns frei. Dies bedeutet, dass die Wasserstoffseite des Wassermoleküls positiv geladen ist, während die andere Seite, auf der sich die freien Elektronen befinden, negativ geladen ist. Dadurch ist das Wassermolekül polar und ein Dipol.
Wasserstoffbrücken
Die stärkste zwischenmolekulare Kraft in Wasser ist eine spezielle Dipolbindung, die Wasserstoffbrücke genannt wird. Viele Moleküle sind polar und können Bipol-Bipol-Bindungen bilden, ohne Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden oder sogar Wasserstoff in ihrem Molekül zu haben. Wasser ist polar, und die gebildete Dipolbindung ist eine Wasserstoffbrücke, die auf den beiden Wasserstoffatomen im Molekül basiert.
Wasserstoffbrückenbindungen sind besonders stark, weil das Wasserstoffatom in Molekülen wie Wasser ein kleines, nacktes Proton ohne innere Elektronenhülle ist. Dadurch kann es der negativen Ladung der negativen Seite eines polaren Moleküls nahe kommen und eine besonders starke Bindung eingehen. In Wasser kann ein Molekül bis zu vier Wasserstoffbrückenbindungen bilden, mit einem Molekül für jedes Wasserstoffatom und mit zwei Wasserstoffatomen auf der negativen Sauerstoffseite. Im Wasser sind diese Bindungen stark, verschieben sich aber ständig, brechen und bilden sich neu, um dem Wasser seine besonderen Eigenschaften zu verleihen.
Ionen-Dipol-Bindungen
Wenn dem Wasser ionische Verbindungen zugesetzt werden, können die geladenen Ionen Bindungen mit den polaren Wassermolekülen eingehen. Zum Beispiel ist NaCl oder Kochsalz eine ionische Verbindung, weil das Natriumatom sein einziges äußeres Schalenelektron an das Chloratom abgegeben hat, wodurch Natrium- und Chlorionen gebildet werden. Beim Auflösen in Wasser dissoziieren die Moleküle in positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chlorionen. Die Natriumionen werden von den negativen Polen der Wassermoleküle angezogen und gehen dort Ionen-Dipol-Bindungen ein, während die Chlorionen mit den Wasserstoffatomen Bindungen eingehen. Die Bildung von Ionen-Dipol-Bindungen ist ein Grund dafür, dass sich ionische Verbindungen leicht in Wasser lösen.
Die Auswirkungen intermolekularer Kräfte auf die Materialeigenschaften
Zwischenmolekulare Kräfte und die von ihnen erzeugten Bindungen können das Verhalten eines Materials beeinflussen. Im Fall von Wasser halten die relativ starken Wasserstoffbrücken das Wasser zusammen. Zwei der resultierenden Eigenschaften sind eine hohe Oberflächenspannung und eine hohe Verdampfungswärme.
Die Oberflächenspannung ist hoch, weil Wassermoleküle entlang der Wasseroberfläche Bindungen eingehen, die eine Art elastischer Film auf der Oberfläche, der es der Oberfläche ermöglicht, etwas Gewicht zu tragen und Wassertröpfchen in die Runde zu ziehen Formen.
Die Verdampfungswärme ist hoch, da die Wassermoleküle, sobald das Wasser den Siedepunkt erreicht, immer noch gebunden sind und flüssig bleiben, bis genügend Energie zugeführt wird, um die Bindungen aufzubrechen. Auf intermolekularen Kräften basierende Bindungen sind nicht so stark wie chemische Bindungen, aber sie sind dennoch wichtig, um das Verhalten einiger Materialien zu erklären.