H2Molekula vode O je polarna z medmolekularnimi dipol-dipolnimi vodikovimi vezmi. Ko se molekule vode medsebojno privlačijo in tvorijo vezi, ima voda lastnosti, kot sta visoka površinska napetost in velika toplota uparjanja. Medmolekularne sile so precej šibkejše od znotrajmolekularnih sil, ki molekule držijo skupaj, vendar so še vedno dovolj močne, da vplivajo na lastnosti snovi. V primeru vode poskrbijo, da se tekočina obnaša na edinstven način in ji dajo nekatere uporabne lastnosti.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Voda ima močne vodikove vezi dipol-dipolne medmolekularne sile, ki vodijo visoko površinsko napetost in veliko toploto uparjanja ter jo naredijo močno topilo.
Polarne molekule
Medtem ko imajo molekule na splošno nevtralni naboj, je oblika molekule lahko takšna, da je en konec bolj negativen, drugi konec pa bolj pozitiven. V tem primeru negativno nabiti konci privabljajo pozitivno nabita konca drugih molekul in tvorijo šibke vezi, A polarne molekuli pravimo dipol, ker ima dva pola, plus in minus, vezi, ki jih tvorijo polarne molekule, pa dipol-dipol obveznice.
Molekula vode ima takšne razlike v naboju. Atom kisika v vodi ima v svoji zunanji elektronski podlupini šest elektronov, kjer je prostora za osem. Dva atoma vodika v vodi tvorita kovalentne vezi z atomom kisika in si delita dva elektrona z atomom kisika. Posledično se od osmih razpoložljivih veznih elektronov v molekuli dva delita z vsakim od dveh atomov vodika, tako da ostanejo štirje prosti.
Oba atoma vodika ostaneta na eni strani molekule, medtem ko se prosti elektroni zbirajo na drugi strani. Skupni elektroni ostanejo med vodikovimi atomi in kisikovim atomom, pozitivno nabiti vodikov proton jedra pa ostane izpostavljen. To pomeni, da ima vodikova stran molekule vode pozitiven naboj, druga stran, kjer so prosti elektroni, pa negativni naboj. Posledično je molekula vode polarna in je dipol.
Vodikove vezi
Najmočnejša medmolekularna sila v vodi je posebna dipolna vez, imenovana vodikova vez. Številne molekule so polarne in lahko tvorijo bipol-bipolne vezi, ne da bi tvorile vodikove vezi ali celo imele vodik v svoji molekuli. Voda je polarna, dipolna vez, ki jo tvori, pa je vodikova vez, ki temelji na dveh vodikovih atomih v molekuli.
Vodikove vezi so še posebej močne, ker je atom vodika v molekulah, kot je voda, majhen, goli proton brez notranje elektronske lupine. Posledično se lahko približa negativnemu naboju negativne strani polarne molekule in tvori še posebej močno vez. V vodi lahko molekula tvori do štiri vodikove vezi, z eno molekulo za vsak atom vodika in z dvema atomoma vodika na negativni strani kisika. V vodi so te vezi močne, vendar se nenehno premikajo, lomijo in preoblikujejo, da dobijo vodo posebne lastnosti.
Ionsko-dipolne obveznice
Ko v vodo dodamo ionske spojine, lahko nabiti ioni tvorijo vezi z molekulami polarne vode. NaCl ali namizna sol je na primer ionska spojina, ker je natrijev atom dal svoj edini zunanji elektron v lupini atomu klora, tvorijo natrijeve in klorove ione. Ko se molekule raztopijo v vodi, se ločijo na pozitivno nabite natrijeve ione in negativno nabite klorove ione. Natrijeve ione privlačijo negativni polovi molekul vode in tam tvorijo ionsko-dipolne vezi, klorovi ioni pa tvorijo vezi z vodikovimi atomi. Tvorba ionsko-dipolnih vezi je razlog, da se ionske spojine zlahka raztopijo v vodi.
Vplivi medmolekularnih sil na lastnosti materiala
Medmolekularne sile in vezi, ki jih tvorijo, lahko vplivajo na to, kako se material obnaša. V primeru vode sorazmerno močne vodikove vezi držijo vodo skupaj. Dve od dobljenih lastnosti sta visoka površinska napetost in velika toplota uparjanja.
Površinska napetost je velika, ker molekule vode vzdolž površine vode tvorijo vezi, ki ustvarjajo neke vrste elastični film na površini, ki površini omogoča nekaj teže in vleče kapljice vode v okroglo oblike.
Vročina uparjanja je velika, ker ko voda doseže vrelišče, se molekule vode še vedno vežejo in ostanejo tekočina, dokler se ne doda dovolj energije za prekinitev vezi. Veze, ki temeljijo na medmolekularnih silah, niso tako močne kot kemične vezi, vendar so vseeno pomembne pri razlagi, kako se nekateri materiali obnašajo.