Ποιες διαμοριακές δυνάμεις υπάρχουν στο νερό;

Το Η₂Το μόριο νερού είναι πολικό με διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου διπολικού διπολίου. Καθώς τα μόρια του νερού προσελκύουν το ένα το άλλο και σχηματίζουν δεσμούς, το νερό εμφανίζει ιδιότητες όπως υψηλή επιφανειακή τάση και υψηλή θερμότητα εξάτμισης. Οι διαμοριακές δυνάμεις είναι πολύ ασθενέστερες από τις ενδομοριακές δυνάμεις που συγκρατούν τα μόρια, αλλά εξακολουθούν να είναι αρκετά ισχυρές για να επηρεάσουν τις ιδιότητες μιας ουσίας. Στην περίπτωση του νερού, κάνουν το υγρό να συμπεριφέρεται με μοναδικούς τρόπους και του δίνει κάποια χρήσιμα χαρακτηριστικά.

TL; DR (Πάρα πολύ; Δεν διαβάστηκε)

Το νερό έχει ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου διπολικό-διπολικό διαμοριακές δυνάμεις που δίνουν στο νερό υψηλή επιφανειακή τάση και υψηλή θερμότητα εξάτμισης και που το καθιστούν ισχυρό διαλύτη.

Ενώ τα μόρια έχουν ένα ουδέτερο φορτίο συνολικά, το σχήμα του μορίου μπορεί να είναι τέτοιο ώστε το ένα άκρο να είναι πιο αρνητικό και το άλλο άκρο πιο θετικό. Σε αυτήν την περίπτωση, τα αρνητικά φορτισμένα άκρα προσελκύουν τα θετικά φορτισμένα άκρα άλλων μορίων, σχηματίζοντας αδύναμους δεσμούς, Α πολικό Το μόριο ονομάζεται δίπολο επειδή έχει δύο πόλους, συν και πλην, και η μορφή πολικών μορίων δεσμών ονομάζεται διπόλη-διπόλη δεσμούς.

Το μόριο νερού έχει τέτοιες διαφορές φορτίου. Το άτομο οξυγόνου στο νερό έχει έξι ηλεκτρόνια στο εξωτερικό υπόστρωμα ηλεκτρονίων του όπου υπάρχει χώρος για οκτώ. Τα δύο άτομα υδρογόνου σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με το άτομο οξυγόνου, μοιράζοντας τα δύο ηλεκτρόνια τους με το άτομο οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα, από τα οκτώ διαθέσιμα ηλεκτρόνια σύνδεσης στο μόριο, δύο μοιράζονται με καθένα από τα δύο άτομα υδρογόνου αφήνοντας τέσσερα ελεύθερα.

Τα δύο άτομα υδρογόνου παραμένουν στη μία πλευρά του μορίου ενώ τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συγκεντρώνονται στην άλλη πλευρά. Τα κοινά ηλεκτρόνια παραμένουν μεταξύ των ατόμων υδρογόνου και του ατόμου οξυγόνου, αφήνοντας το θετικά φορτισμένο πρωτόνιο υδρογόνου του πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι η πλευρά υδρογόνου του μορίου νερού έχει θετικό φορτίο, ενώ η άλλη πλευρά όπου τα ελεύθερα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, το μόριο του νερού είναι πολικό και είναι ένα δίπολο.

Η ισχυρότερη διαμοριακή δύναμη στο νερό είναι ένας ειδικός διπολικός δεσμός που ονομάζεται δεσμός υδρογόνου. Πολλά μόρια είναι πολικά και μπορούν να σχηματίσουν διπολικούς διπολικούς δεσμούς χωρίς να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου ή ακόμη και να έχουν υδρογόνο στο μόριο τους. Το νερό είναι πολικό και ο διπολικός δεσμός που σχηματίζει είναι ένας δεσμός υδρογόνου με βάση τα δύο άτομα υδρογόνου στο μόριο.

Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ιδιαίτερα ισχυροί επειδή το άτομο υδρογόνου σε μόρια όπως το νερό είναι ένα μικρό, γυμνό πρωτόνιο χωρίς εσωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να πλησιάσει το αρνητικό φορτίο της αρνητικής πλευράς ενός πολικού μορίου και να σχηματίσει έναν ιδιαίτερα ισχυρό δεσμό. Στο νερό, ένα μόριο μπορεί να σχηματίσει έως τέσσερις δεσμούς υδρογόνου, με ένα μόριο για κάθε άτομο υδρογόνου και με δύο άτομα υδρογόνου στην αρνητική πλευρά οξυγόνου. Στο νερό, αυτοί οι δεσμοί είναι ισχυροί αλλά αλλάζουν συνεχώς, σπάζουν και ανασχηματίζονται για να δώσουν στο νερό τις ειδικές του ιδιότητες.

Όταν προστίθενται ιονικές ενώσεις στο νερό, τα φορτισμένα ιόντα μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς με τα μόρια πολικού νερού. Για παράδειγμα, το NaCl ή το επιτραπέζιο άλας είναι μια ιοντική ένωση επειδή το άτομο νατρίου έχει δώσει το μοναδικό εξωτερικό ηλεκτρόνιο του κελύφους στο άτομο χλωρίου, σχηματίζοντας ιόντα νατρίου και χλωρίου. Όταν διαλύονται σε νερό, τα μόρια διαχωρίζονται σε θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου και αρνητικά φορτισμένα ιόντα χλωρίου. Τα ιόντα νατρίου προσελκύονται στους αρνητικούς πόλους των μορίων νερού και σχηματίζουν δεσμούς ιόντων-διπόλων εκεί, ενώ τα ιόντα χλωρίου σχηματίζουν δεσμούς με τα άτομα υδρογόνου. Ο σχηματισμός δεσμών ιόντων-διπόλων είναι ένας λόγος για τον οποίο οι ιονικές ενώσεις διαλύονται εύκολα στο νερό.

Οι διαμοριακές δυνάμεις και οι δεσμοί που παράγουν μπορούν να επηρεάσουν τη συμπεριφορά ενός υλικού. Στην περίπτωση του νερού, οι σχετικά ισχυροί δεσμοί υδρογόνου συγκρατούν το νερό μαζί. Δύο από τις προκύπτουσες ιδιότητες είναι υψηλή επιφανειακή τάση και υψηλή θερμότητα εξάτμισης.

Η επιφανειακή τάση είναι υψηλή επειδή μόρια νερού κατά μήκος της επιφάνειας του νερού σχηματίζουν δεσμούς που δημιουργούν ένα είδος ελαστική μεμβράνη στην επιφάνεια, επιτρέποντας στην επιφάνεια να στηρίξει κάποιο βάρος και τραβώντας σταγονίδια νερού γύρω σχήματα.

Η θερμότητα της εξάτμισης είναι υψηλή επειδή, όταν το νερό φτάσει στο σημείο βρασμού, τα μόρια του νερού είναι ακόμη συνδεδεμένα και παραμένουν υγρό έως ότου προστεθεί αρκετή ενέργεια για να σπάσουν τους δεσμούς. Οι δεσμοί που βασίζονται σε διαμοριακές δυνάμεις δεν είναι τόσο ισχυροί όσο οι χημικοί δεσμοί, αλλά εξακολουθούν να είναι σημαντικοί για να εξηγήσουν πώς συμπεριφέρονται ορισμένα υλικά.