Aké medzimolekulové sily sú prítomné vo vode?

H₂Molekula vody je polárna s intermolekulárnymi dipól-dipólovými vodíkovými väzbami. Keď sa molekuly vody navzájom priťahujú a vytvárajú väzby, voda vykazuje vlastnosti, ako je vysoké povrchové napätie a vysoké odparovacie teplo. Medzimolekulové sily sú oveľa slabšie ako intramolekulárne sily, ktoré držia molekuly pohromade, ale stále sú dostatočne silné na to, aby ovplyvnili vlastnosti látky. V prípade vody spôsobujú, že sa kvapalina správa jedinečným spôsobom a dodávajú jej niekoľko užitočných vlastností.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Voda má silné vodíkové väzby medzi molekulami dipólu a dipólu, ktoré spôsobujú, že voda má vysoké povrchové napätie a vysoké odparovacie teplo, čo z nej robí silné rozpúšťadlo.

Zatiaľ čo molekuly majú celkovo neutrálny náboj, tvar molekuly môže byť taký, že jeden koniec je negatívnejší a druhý koniec pozitívnejší. V takom prípade negatívne nabité konce priťahujú kladne nabité konce iných molekúl a vytvárajú slabé väzby A polárne molekula sa nazýva dipól, pretože má dva póly, plus a mínus, a väzby, ktoré tvoria polárne molekuly, sa nazývajú dipól-dipól dlhopisy.

Molekula vody má také rozdiely náboja. Atóm kyslíka vo vode má vo svojej vonkajšej elektrónovej škrupine šesť elektrónov, kde je miesto pre osem. Dva atómy vodíka vo vode tvoria kovalentné väzby s atómom kyslíka a zdieľajú svoje dva elektróny s atómom kyslíka. Výsledkom je, že z ôsmich dostupných väzbových elektrónov v molekule sú dva zdieľané s každým z dvoch atómov vodíka a štyri z nich sú voľné.

Dva atómy vodíka zostávajú na jednej strane molekuly, zatiaľ čo voľné elektróny sa zhromažďujú na druhej strane. Zdieľané elektróny zostávajú medzi atómami vodíka a atómom kyslíka a kladne nabitý vodíkový protón jadra zostáva exponovaný. To znamená, že vodíková strana molekuly vody má kladný náboj, zatiaľ čo druhá strana, kde sú voľné elektróny, má záporný náboj. Vďaka tomu je molekula vody polárna a je to dipól.

Najsilnejšou medzimolekulovou silou vo vode je špeciálna dipólová väzba, ktorá sa nazýva vodíková väzba. Mnoho molekúl je polárnych a môžu vytvárať bipol-bipolárne väzby bez toho, aby vytvárali vodíkové väzby alebo dokonca mali v molekule vodík. Voda je polárna a dipólová väzba, ktorú vytvára, je vodíková väzba založená na dvoch atómoch vodíka v molekule.

Vodíkové väzby sú obzvlášť silné, pretože atóm vodíka v molekulách, ako je voda, je malý nahý protón bez vnútorného elektrónového obalu. Vďaka tomu sa môže priblížiť k negatívnemu náboju negatívnej strany polárnej molekuly a vytvoriť obzvlášť silnú väzbu. Vo vode môže molekula tvoriť až štyri vodíkové väzby, s jednou molekulou pre každý atóm vodíka a s dvoma atómami vodíka na negatívnej strane kyslíka. Vo vode sú tieto väzby silné, ale neustále sa menia, lámu a znovu formujú, aby voda získala svoje špeciálne vlastnosti.

Keď sa do vody pridajú iónové zlúčeniny, nabité ióny môžu vytvárať väzby s polárnymi molekulami vody. Napríklad NaCl alebo kuchynská soľ je iónová zlúčenina, pretože atóm sodíka odovzdal svoj jediný elektrón vonkajšieho plášťa atómu chlóru a vytvoril ióny sodíka a chlóru. Po rozpustení vo vode sa molekuly disociujú na kladne nabité ióny sodíka a záporne nabité ióny chlóru. Sodné ióny sú priťahované k negatívnym pólom molekúl vody a vytvárajú tam iónovo-dipólové väzby, zatiaľ čo ióny chlóru tvoria väzby s atómami vodíka. Tvorba ión-dipólových väzieb je dôvodom, prečo sa iónové zlúčeniny ľahko rozpúšťajú vo vode.

Medzimolekulové sily a väzby, ktoré vytvárajú, môžu mať vplyv na správanie materiálu. V prípade vody držia vodu spolu relatívne silné vodíkové väzby. Dve z výsledných vlastností sú vysoké povrchové napätie a vysoké odparovacie teplo.

Povrchové napätie je vysoké, pretože molekuly vody pozdĺž povrchu vody vytvárajú väzby, ktoré vytvárajú akýsi druh elastický film na povrchu, ktorý umožňuje povrchu niesť určitú váhu a sťahovať kvapky vody do guľatého tvaru tvary.

Odparovacie teplo je vysoké, pretože akonáhle voda dosiahne bod varu, molekuly vody sú stále spojené a zostávajú tekuté, kým sa nepridá dostatok energie na rozbitie väzieb. Väzby založené na medzimolekulových silách nie sú také silné ako chemické väzby, ale stále sú dôležité pri vysvetľovaní toho, ako sa niektoré materiály správajú.