H2O vandens molekulė yra polinė su tarpmolekulinėmis dipolio-dipolio vandenilio jungtimis. Kai vandens molekulės traukia viena kitą ir formuoja ryšius, vanduo pasižymi tokiomis savybėmis kaip didelis paviršiaus įtempimas ir didelė garavimo šiluma. Tarpmolekulinės jėgos yra daug silpnesnės už molekules laikančias intramolekulines jėgas, tačiau jos vis tiek yra pakankamai stiprios, kad galėtų paveikti medžiagos savybes. Vandens atveju jie priverčia skystį elgtis unikaliai ir suteikia tam tikrų naudingų savybių.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Vanduo pasižymi stipriomis vandenilio jungtimis - dipolio ir dipolio tarpmolekulinės jėgos, kurios vandeniui suteikia didelę paviršiaus įtampą ir didelę garavimo šilumą, todėl vanduo tampa stipriu tirpikliu.
Poliarinės molekulės
Nors molekulių krūvis apskritai yra neutralus, molekulės forma gali būti tokia, kad vienas galas yra labiau neigiamas, o kitas - teigiamas. Tokiu atveju neigiamai įkrauti galai pritraukia teigiamai įkrautus kitų molekulių galus, formuodami silpnus ryšius, A polinius molekulė vadinama dipoliu, nes ji turi du polius, pliusą ir minusą, o poliarinių molekulių formos jungtys vadinamos dipolio-dipoliu obligacijos.
Vandens molekulė turi tokius krūvio skirtumus. Vandenyje esantis deguonies atomas turi šešis elektronus išoriniame elektronų apvalkale, kur yra vietos aštuoniems. Du vandenilio atomai vandenyje sudaro kovalentinius ryšius su deguonies atomu, dalindamiesi dviem savo elektronais su deguonies atomu. Dėl to iš aštuonių molekulių jungiamų elektronų du dalijasi su kiekvienu iš dviejų vandenilio atomų, paliekant keturis laisvus.
Du vandenilio atomai lieka vienoje molekulės pusėje, o laisvieji elektronai renkasi kitoje pusėje. Bendri elektronai lieka tarp vandenilio atomų ir deguonies atomo, paliekant teigiamai įkrautą branduolio vandenilio protoną. Tai reiškia, kad vandenilio vandens molekulės pusė turi teigiamą krūvį, o kita pusė, kurioje yra laisvieji elektronai, turi neigiamą krūvį. Dėl to vandens molekulė yra polinė ir yra dipolis.
Vandenilio obligacijos
Stipriausia tarpmolekulinė jėga vandenyje yra specialus dipolinis ryšys, vadinamas vandenilio ryšiu. Daugelis molekulių yra polinės ir gali sudaryti bipolio-bipolio jungtys, nesudarydamos vandenilio jungtys ar net neturėdamos vandenilio savo molekulėje. Vanduo yra polinis, o jo sukurtas dipolio ryšys yra vandenilio ryšys, pagrįstas dviem molekulėje esančiais vandenilio atomais.
Vandenilio ryšiai yra ypač stiprūs, nes vandenilio atomas tokiose molekulėse kaip vanduo yra mažas plikas protonas be vidinio elektronų apvalkalo. Dėl to jis gali priartėti prie neigiamos polinės molekulės pusės krūvio ir užmegzti ypač stiprų ryšį. Vandenyje molekulė gali sudaryti iki keturių vandenilio jungčių, kurių kiekvienoje vandenilio atome yra po vieną molekulę, o neigiamo deguonies pusėje - du vandenilio atomai. Vandenyje šios jungtys yra stiprios, tačiau nuolat keičiasi, lūžta ir vėl formuojasi, kad suteiktų vandeniui ypatingų savybių.
Jono-Dipolio obligacijos
Į vandenį įpylus joninių junginių, įelektrinti jonai gali užmegzti ryšius su polinėmis vandens molekulėmis. Pavyzdžiui, NaCl arba valgomoji druska yra joninis junginys, nes natrio atomas atidavė savo vienintelį išorinio apvalkalo elektroną chloro atomai, sudarydamas natrio ir chloro jonus. Ištirpus vandenyje, molekulės disocijuoja į teigiamai įkrautus natrio jonus ir neigiamai įkrautus chloro jonus. Natrio jonus traukia neigiami vandens molekulių poliai ir ten susidaro jonų-dipolių jungtys, o chloro jonai - vandenilio atomai. Jonų-dipolių ryšių susidarymas yra priežastis, kodėl joniniai junginiai lengvai ištirpsta vandenyje.
Tarpmolekulinių jėgų poveikis medžiagų savybėms
Tarpmolekulinės jėgos ir jų sukurtos jungtys gali paveikti medžiagos elgseną. Vandens atveju santykinai stiprūs vandenilio ryšiai sulaiko vandenį. Dvi iš gautų savybių yra didelis paviršiaus įtempimas ir didelė garavimo šiluma.
Paviršiaus įtempimas yra didelis, nes vandens molekulės išilgai vandens paviršiaus sukuria ryšius, kurie sukuria tam tikrą elastinga plėvelė ant paviršiaus, leidžianti paviršiui išlaikyti tam tikrą svorį ir ištraukianti vandens lašelius į apvalius formos.
Garavimo šiluma yra didelė, nes, vandeniui pasiekus virimo temperatūrą, vandens molekulės vis tiek yra sujungtos ir lieka skystos, kol bus pridėta pakankamai energijos, kad suskaidytų ryšius. Tarpmolekulinėmis jėgomis pagrįsti ryšiai nėra tokie stiprūs kaip cheminiai ryšiai, tačiau jie vis tiek yra svarbūs paaiškinant, kaip elgiasi kai kurios medžiagos.