H2O moleculă de apă este polară cu legături de hidrogen dipol-dipol intermoleculare. Pe măsură ce moleculele de apă se atrag reciproc și formează legături, apa prezintă proprietăți precum tensiunea superficială ridicată și o căldură ridicată de vaporizare. Forțele intermoleculare sunt mult mai slabe decât forțele intramoleculare care țin moleculele împreună, dar sunt încă suficient de puternice pentru a influența proprietățile unei substanțe. În cazul apei, acestea fac ca lichidul să se comporte în moduri unice și să îi confere câteva caracteristici utile.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Apa are o forță intermoleculară dipol-dipol puternică de legătură de hidrogen care conferă apei o tensiune superficială ridicată și o căldură ridicată de vaporizare și care o fac un solvent puternic.
Molecule polare
În timp ce moleculele au o sarcină neutră în ansamblu, forma moleculei poate fi astfel încât un capăt să fie mai negativ și celălalt capăt mai pozitiv. În acest caz, capetele încărcate negativ atrag capetele încărcate pozitiv ale altor molecule, formând legături slabe, A polare molecula se numește dipol deoarece are doi poli, plus și minus, iar legăturile formate de molecule polare se numesc dipol-dipol legături.
Molecula de apă are astfel de diferențe de încărcare. Atomul de oxigen din apă are șase electroni în sub-învelișul său exterior de electroni, unde este loc pentru opt. Cei doi atomi de hidrogen din apă formează legături covalente cu atomul de oxigen, împărțind cei doi electroni ai lor cu atomul de oxigen. Ca urmare, din cei opt electroni de legătură disponibili din moleculă, doi sunt împărțiți cu fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen, lăsând patru liberi.
Cei doi atomi de hidrogen rămân pe o parte a moleculei, în timp ce electronii liberi se adună pe cealaltă parte. Electronii împărțiți rămân între atomii de hidrogen și atomul de oxigen, lăsând expus protonul de hidrogen încărcat pozitiv al nucleului. Aceasta înseamnă că partea de hidrogen a moleculei de apă are o sarcină pozitivă, în timp ce cealaltă parte în care se află electronii liberi are o sarcină negativă. Ca urmare, molecula de apă este polară și este un dipol.
Legături de hidrogen
Cea mai puternică forță intermoleculară din apă este o legătură dipol specială numită legătură de hidrogen. Multe molecule sunt polare și pot forma legături bipol-bipol fără a forma legături de hidrogen sau chiar având hidrogen în molecula lor. Apa este polară, iar legătura dipolică pe care o formează este o legătură de hidrogen bazată pe cei doi atomi de hidrogen din moleculă.
Legăturile de hidrogen sunt deosebit de puternice, deoarece atomul de hidrogen din molecule precum apa este un proton mic, gol, fără coajă electronică interioară. Ca urmare, se poate apropia de sarcina negativă a laturii negative a unei molecule polare și poate forma o legătură deosebit de puternică. În apă, o moleculă poate forma până la patru legături de hidrogen, cu o moleculă pentru fiecare atom de hidrogen și cu doi atomi de hidrogen pe partea de oxigen negativă. În apă, aceste legături sunt puternice, dar se schimbă constant, se rup și se formează pentru a conferi apei proprietățile sale speciale.
Obligațiuni Ion-Dipol
Când se adaugă compuși ionici în apă, ionii încărcați pot forma legături cu moleculele de apă polare. De exemplu, NaCl sau sarea de masă este un compus ionic, deoarece atomul de sodiu a dat singurul său electron exterior de coajă atomului de clor, formând ioni de sodiu și clor. Când sunt dizolvate în apă, moleculele se disociază în ioni de sodiu încărcați pozitiv și ioni de clor încărcați negativ. Ionii de sodiu sunt atrași de polii negativi ai moleculelor de apă și formează legături ion-dipol acolo, în timp ce ionii de clor formează legături cu atomii de hidrogen. Formarea legăturilor ion-dipol este un motiv pentru care compușii ionici se dizolvă ușor în apă.
Efectele forțelor intermoleculare asupra proprietăților materiale
Forțele intermoleculare și legăturile pe care le produc pot afecta modul în care se comportă un material. În cazul apei, legăturile de hidrogen relativ puternice mențin apa împreună. Două dintre proprietățile rezultate sunt tensiunea superficială ridicată și o căldură ridicată de vaporizare.
Tensiunea superficială este mare, deoarece moleculele de apă de-a lungul suprafeței apei formează legături care creează un fel de film elastic pe suprafață, permițând suprafeței să susțină o anumită greutate și trăgând picături de apă în formă rotundă forme.
Căldura de vaporizare este ridicată deoarece, odată ce apa ajunge la punctul de fierbere, moleculele de apă sunt încă legate și rămân lichide până când se adaugă suficientă energie pentru a rupe legăturile. Legăturile bazate pe forțe intermoleculare nu sunt la fel de puternice ca legăturile chimice, dar sunt încă importante pentru a explica modul în care se comportă unele materiale.