H2O vannmolekyl er polært med intermolekylære dipol-dipolhydrogenbindinger. Når vannmolekylene tiltrekker seg hverandre og danner bindinger, viser vann egenskaper som høy overflatespenning og høy fordampningsvarme. Intermolekylære krefter er mye svakere enn de intramolekylære kreftene som holder molekylene sammen, men de er fortsatt sterke nok til å påvirke egenskapene til et stoff. Når det gjelder vann, får de væsken til å oppføre seg på unike måter og gir den noen nyttige egenskaper.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Vann har sterke hydrogenbinding dipol-dipol intermolekylære krefter som gir vann en høy overflatespenning og høy fordampningsvarme, og som gjør det til et sterkt løsningsmiddel.
Polare molekyler
Mens molekyler har en nøytral ladning generelt, kan formen på molekylet være slik at den ene enden er mer negativ og den andre enden mer positiv. I så fall tiltrekker de negativt ladede ender de positivt ladede ender av andre molekyler, og danner svake bindinger, A polar molekyl kalles en dipol fordi den har to poler, pluss og minus, og bindingene som polare molekyler danner kalles dipol-dipol obligasjoner.
Vannmolekylet har slike ladningsforskjeller. Oksygenatomet i vann har seks elektroner i det ytre elektronunderskallet der det er plass til åtte. De to hydrogenatomene i vann danner kovalente bindinger med oksygenatomet og deler deres to elektroner med oksygenatomet. Som et resultat, av de åtte tilgjengelige bindingselektronene i molekylet, deles to med hvert av de to hydrogenatomene og etterlater fire ledige.
De to hydrogenatomene holder seg på den ene siden av molekylet mens de frie elektronene samles på den andre siden. De delte elektronene holder seg mellom hydrogenatomene og oksygenatomet og etterlater den positivt ladede hydrogenprotonen i kjernen. Dette betyr at hydrogensiden av vannmolekylet har en positiv ladning, mens den andre siden der de frie elektronene er har en negativ ladning. Som et resultat er vannmolekylet polært og er en dipol.
Hydrogenobligasjoner
Den sterkeste intermolekylære kraften i vann er en spesiell dipolbinding som kalles hydrogenbindingen. Mange molekyler er polære og kan danne bipol-bipolbindinger uten å danne hydrogenbindinger eller til og med ha hydrogen i molekylet. Vann er polært, og dipolbindingen det danner er en hydrogenbinding basert på de to hydrogenatomene i molekylet.
Hydrogenbindinger er spesielt sterke fordi hydrogenatomet i molekyler som vann er en liten, naken proton uten indre elektronskall. Som et resultat kan det komme nær den negative ladningen på den negative siden av et polært molekyl og danne en spesielt sterk binding. I vann kan et molekyl danne opptil fire hydrogenbindinger, med ett molekyl for hvert hydrogenatom og med to hydrogenatomer på den negative oksygen-siden. I vann er disse bindingene sterke, men skiftes kontinuerlig, brytes og omformes for å gi vannet sine spesielle egenskaper.
Ion-dipolobligasjoner
Når ioniske forbindelser tilsettes vann, kan de ladede ionene danne bindinger med de polære vannmolekylene. For eksempel er NaCl eller bordsalt en ionisk forbindelse fordi natriumatomet har gitt sitt eneste ytre skallelektron til kloratomet og danner natrium- og klorioner. Når de er oppløst i vann, dissosieres molekylene i positivt ladede natriumioner og negativt ladede klorioner. Natriumionene tiltrekkes av de negative polene i vannmolekylene og danner ion-dipolbindinger der, mens klorionene danner bindinger med hydrogenatomene. Dannelsen av ion-dipolbindinger er en grunn til at ioniske forbindelser oppløses lett i vann.
Effektene av intermolekylære krefter på materialegenskaper
Intermolekylære krefter og båndene de produserer, kan påvirke hvordan et materiale oppfører seg. Når det gjelder vann, holder de relativt sterke hydrogenbindinger vannet sammen. To av de resulterende egenskapene er høy overflatespenning og høy fordampningsvarme.
Overflatespenning er høy fordi vannmolekyler langs vannoverflaten danner bindinger som skaper en slags elastisk film på overflaten, slik at overflaten kan bære litt vekt og trekke dråper vann i runde former.
Fordampningsvarmen er høy fordi når vann når kokepunktet, er vannmolekylene fortsatt bundet og forblir en væske til nok energi tilsettes for å bryte bindingene. Obligasjoner basert på intermolekylære krefter er ikke like sterke som kjemiske bindinger, men de er fortsatt viktige for å forklare hvordan noen materialer oppfører seg.