რა ინტერმოლეკულური ძალებია წყალში?

ჰ₂წყლის O მოლეკულა პოლარულია ინტერმოლეკულური დიპოლური-დიპოლური წყალბადური ბმებით. წყლის მოლეკულები იზიდავენ ერთმანეთს და წარმოქმნიან ბმულებს, წყალი აჩვენებს თვისებებს, როგორიცაა ზედაპირული დაძაბულობა და ორთქლის მაღალი სითბო. ინტერმოლეკულური ძალები ბევრად სუსტია, ვიდრე ინტრამოლეკულური ძალები, რომლებიც ატარებენ მოლეკულებს, მაგრამ ისინი ჯერ კიდევ საკმარისად ძლიერია, რომ გავლენა მოახდინონ ნივთიერების თვისებებზე. წყლის შემთხვევაში, ისინი ქმნიან თხევად უნიკალურ ქცევას და აძლევენ მას სასარგებლო მახასიათებლებს.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

წყალს აქვს ძლიერი წყალბადის კავშირი დიპოლ-დიპოლური ინტერმოლეკულური ძალებით, რომლებიც წყალს ანიჭებს მაღალ ზედაპირულ დაძაბულობას და აორთქლების მაღალ სითბოს, რაც მას ძლიერ გამხსნად აქცევს.

მიუხედავად იმისა, რომ მოლეკულებს აქვთ ნეიტრალური მუხტი, მოლეკულის ფორმა შეიძლება იყოს ისეთი, რომ ერთი ბოლო უფრო უარყოფითი იყოს, ხოლო მეორე ბოლოს უფრო პოზიტიური. ამ შემთხვევაში, უარყოფითად დამუხტული ბოლოები იზიდავს სხვა მოლეკულების დადებითად დამუხტულ ბოლოებს, ქმნის სუსტ ობლიგაციებს, პოლარს მოლეკულას ეწოდება დიპოლი, რადგან მას აქვს ორი პოლუსი, პლუს და მინუსი, ხოლო ობლიგაციებს პოლარული მოლეკულები ქმნიან დიპოლური დიპოლი ობლიგაციები.

წყლის მოლეკულას აქვს მუხტის ისეთი განსხვავებები. ჟანგბადის ატომს წყალში აქვს ექვსი ელექტრონი მის გარე ელექტრონულ გარსში, სადაც რვის ადგილია. წყალში წყალბადის ორი ატომი ქმნის კოვალენტურ კავშირს ჟანგბადის ატომთან და მათ ორ ელექტრონს უზიარებს ჟანგბადის ატომს. შედეგად, მოლეკულაში არსებული რვა შესაძლო შემაკავშირებელი ელექტრონიდან ორი გაყოფილია წყალბადის ორი ატომიდან ორი და ოთხი თავისუფალი.

წყალბადის ორი ატომი რჩება მოლეკულის ერთ მხარეს, ხოლო თავისუფალი ელექტრონები მეორე მხარეს. საერთო ელექტრონები წყალბადის ატომებსა და ჟანგბადის ატომებს შორის რჩება, რის შედეგადაც ხდება ბირთვის დადებითად დამუხტული წყალბადის პროტონი. ეს ნიშნავს, რომ წყლის მოლეკულის წყალბადის მხარეს აქვს დადებითი მუხტი, ხოლო მეორე მხარეს, სადაც თავისუფალი ელექტრონებია, აქვს უარყოფითი მუხტი. შედეგად, წყლის მოლეკულა პოლარულია და დიპოლია.

წყალში ყველაზე ძლიერი ინტერმოლეკულური ძალაა სპეციალური დიპოლური კავშირი, რომელსაც წყალბადის ბმას უწოდებენ. ბევრი მოლეკულა პოლარულია და შეუძლია შექმნას ბიპოლური-ბიპოლური ობლიგაციები წყალბადის ობლიგაციების წარმოქმნის გარეშე ან მათ მოლეკულაში წყალბადის გარეშეც კი. წყალი პოლარულია, ხოლო დიპოლური ბმა, რომელსაც ქმნის, არის წყალბადის ბმა, რომელიც დაფუძნებულია მოლეკულაში წყალბადის ორ ატომზე.

წყალბადის კავშირები განსაკუთრებით ძლიერია, რადგან წყალბადის ატომი მოლეკულაში, მაგალითად, წყალში არის პატარა, შიშველი პროტონი, რომელსაც არ გააჩნია შიდა ელექტრონული გარსი. შედეგად, მას შეუძლია მიუახლოვდეს პოლარული მოლეკულის უარყოფითი მხარის ნეგატიურ მუხტს და შექმნას განსაკუთრებით ძლიერი კავშირი. წყალში, მოლეკულას შეუძლია შექმნას ოთხამდე წყალბადის ბმა, თითო მოლეკულა წყალბადის თითოეული ატომისთვის და ორი წყალბადის ატომი უარყოფითი ჟანგბადის მხარეს. წყალში ეს კავშირები ძლიერია, მაგრამ მუდმივად იცვლება, იშლება და ხელახლა წარმოიქმნება, რათა წყალს განსაკუთრებული თვისებები მისცეს.

როდესაც წყალს იონური ნაერთები ემატება, დამუხტულ იონებს შეუძლიათ შექმნან კავშირი პოლარული წყლის მოლეკულებთან. მაგალითად, NaCl ან სუფრის მარილი არის იონური ნაერთი, რადგან ნატრიუმის ატომმა თავისი გარე გარსის ელექტრონი ქლორის ატომს მისცა, ნატრიუმის და ქლორის იონების წარმოქმნით. წყალში გახსნისას, მოლეკულები იშლება დადებითად დამუხტულ ნატრიუმის იონებად და უარყოფითად დამუხტულ ქლორის იონებად. ნატრიუმის იონებს იზიდავს წყლის მოლეკულების უარყოფითი პოლუსები და იქ იონ-დიპოლური კავშირები წარმოიქმნება, ხოლო ქლორის იონები ქმნიან კავშირებს წყალბადის ატომებთან. იონ-დიპოლური ბმების წარმოქმნა არის მიზეზი იმისა, რომ იონური ნაერთები წყალში ადვილად იშლება.

ინტერმოლეკულურ ძალებს და მათ წარმოქმნილ ობლიგაციებს შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ მასალის ქცევაზე. წყლის შემთხვევაში, შედარებით ძლიერი წყალბადის კავშირები წყალს ერთმანეთთან ატარებს. შედეგად მიღებული ორი თვისებაა ზედაპირის მაღალი დაძაბულობა და ორთქლის მაღალი სითბო.

ზედაპირული დაძაბულობა მაღალია, რადგან წყლის მოლეკულები წყლის ზედაპირის გასწვრივ წარმოქმნიან კავშირებს, რომლებიც ქმნიან ერთგვარ ფორმას ელასტიური ფილმი ზედაპირზე, რომელიც საშუალებას აძლევს ზედაპირს გაუძლოს გარკვეული წონა და წყლის წვეთები მრგვალდება ფორმებს.

აორთქლების სითბო მაღალია, რადგან წყლის დუღილის წერტილს მიაღწევს, წყლის მოლეკულები კვლავ იკვრება და თხევად რჩება, სანამ საკმარისი ენერგია არ დაემატება ობლიგაციების გასატანად. ობლიგაციები, რომლებიც დაფუძნებულია ინტერმოლეკულურ ძალებზე, არ არის ისეთი ძლიერი, როგორც ქიმიური ობლიგაციები, მაგრამ ისინი მაინც მნიშვნელოვანია იმის გარკვევაში, თუ როგორ იქცევიან ზოგიერთი მასალა.