H2Cząsteczka wody O jest polarna z międzycząsteczkowymi wiązaniami wodorowymi dipol-dipol. Ponieważ cząsteczki wody przyciągają się i tworzą wiązania, woda wykazuje takie właściwości, jak wysokie napięcie powierzchniowe i wysokie ciepło parowania. Siły międzycząsteczkowe są znacznie słabsze niż siły wewnątrzcząsteczkowe, które utrzymują cząsteczki razem, ale wciąż są wystarczająco silne, aby wpływać na właściwości substancji. W przypadku wody sprawiają, że ciecz zachowuje się w unikalny sposób i nadają jej pewne użyteczne właściwości.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Woda ma silne siły międzycząsteczkowe wiązania wodorowego dipol-dipol, które nadają wodzie wysokie napięcie powierzchniowe i wysokie ciepło parowania, co czyni ją silnym rozpuszczalnikiem.
Cząsteczki polarne
Chociaż cząsteczki mają ogólnie ładunek obojętny, kształt cząsteczki może być taki, że jeden koniec jest bardziej ujemny, a drugi bardziej dodatni. W takim przypadku ujemnie naładowane końce przyciągają dodatnio naładowane końce innych cząsteczek, tworząc słabe wiązania, A polar cząsteczka nazywana jest dipolem, ponieważ ma dwa bieguny, plus i minus, a wiązania, które tworzą molekuły polarne, są nazywane dipolem-dipolem więzy.
Cząsteczka wody ma takie różnice w ładunku. Atom tlenu w wodzie ma sześć elektronów w zewnętrznej podpowłoce elektronowej, gdzie jest miejsce na osiem. Dwa atomy wodoru w wodzie tworzą wiązania kowalencyjne z atomem tlenu, dzieląc swoje dwa elektrony z atomem tlenu. W rezultacie z ośmiu dostępnych elektronów wiążących w cząsteczce dwa są współdzielone z każdym z dwóch atomów wodoru, pozostawiając cztery wolne.
Dwa atomy wodoru pozostają po jednej stronie cząsteczki, podczas gdy wolne elektrony gromadzą się po drugiej stronie. Wspólne elektrony pozostają między atomami wodoru i tlenu, pozostawiając odsłonięty dodatnio naładowany proton wodorowy jądra. Oznacza to, że wodorowa strona cząsteczki wody ma ładunek dodatni, podczas gdy druga strona, gdzie znajdują się wolne elektrony, ma ładunek ujemny. W rezultacie cząsteczka wody jest polarna i jest dipolem.
Wiązania wodorowe
Najsilniejszą siłą międzycząsteczkową w wodzie jest specjalne wiązanie dipolowe zwane wiązaniem wodorowym. Wiele cząsteczek jest polarnych i może tworzyć wiązania bipolowo-bipolowe bez tworzenia wiązań wodorowych lub nawet posiadania wodoru w swojej cząsteczce. Woda jest polarna, a wiązanie dipolowe, które tworzy, jest wiązaniem wodorowym opartym na dwóch atomach wodoru w cząsteczce.
Wiązania wodorowe są szczególnie silne, ponieważ atom wodoru w cząsteczkach takich jak woda jest małym, nagim protonem bez wewnętrznej powłoki elektronowej. W rezultacie może zbliżyć się do ujemnego ładunku ujemnej strony cząsteczki polarnej i utworzyć szczególnie silne wiązanie. W wodzie cząsteczka może utworzyć do czterech wiązań wodorowych, z jedną cząsteczką na każdy atom wodoru i dwoma atomami wodoru po ujemnej stronie tlenu. W wodzie wiązania te są silne, ale ciągle się przesuwają, pękają i ponownie formują, aby nadać wodzie jej szczególne właściwości.
Wiązania jonowo-dipolowe
Po dodaniu związków jonowych do wody naładowane jony mogą tworzyć wiązania z cząsteczkami polarnej wody. Na przykład NaCl lub sól kuchenna jest związkiem jonowym, ponieważ atom sodu przekazał swoją jedyną zewnętrzną powłokę elektronową atomowi chloru, tworząc jony sodu i chloru. Po rozpuszczeniu w wodzie cząsteczki dysocjują na dodatnio naładowane jony sodu i ujemnie naładowane jony chloru. Jony sodu są przyciągane do ujemnych biegunów cząsteczek wody i tworzą tam wiązania jon-dipol, natomiast jony chloru tworzą wiązania z atomami wodoru. Powstawanie wiązań jon-dipol jest powodem, dla którego związki jonowe łatwo rozpuszczają się w wodzie.
Wpływ sił międzycząsteczkowych na właściwości materiałów
Siły międzycząsteczkowe i wytwarzane przez nie wiązania mogą wpływać na zachowanie materiału. W przypadku wody stosunkowo silne wiązania wodorowe utrzymują wodę razem. Dwie z uzyskanych właściwości to wysokie napięcie powierzchniowe i wysokie ciepło parowania.
Napięcie powierzchniowe jest wysokie, ponieważ cząsteczki wody na powierzchni wody tworzą wiązania, które tworzą rodzaj elastyczna folia na powierzchni, pozwalająca powierzchni utrzymać pewien ciężar i wciągać kropelki wody w okrąg kształty.
Ciepło parowania jest wysokie, ponieważ gdy woda osiągnie punkt wrzenia, cząsteczki wody są nadal związane i pozostają płynne, dopóki nie zostanie dodana wystarczająca ilość energii, aby zerwać wiązania. Wiązania oparte na siłach międzycząsteczkowych nie są tak silne jak wiązania chemiczne, ale nadal są ważne w wyjaśnianiu zachowania niektórych materiałów.