H2O-vattenmolekylen är polär med intermolekylära dipol-dipolvätebindningar. När vattenmolekylerna lockar varandra och bildar bindningar, visar vatten egenskaper som hög ytspänning och hög förångningsvärme. Intermolekylära krafter är mycket svagare än de intramolekylära krafterna som håller molekylerna ihop, men de är fortfarande tillräckligt starka för att påverka egenskaperna hos ett ämne. När det gäller vatten får de vätskan att bete sig på unika sätt och ger den några användbara egenskaper.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Vatten har starka vätebindning dipol-dipol intermolekylära krafter som ger vatten en hög ytspänning och hög förångningsvärme och som gör det till ett starkt lösningsmedel.
Polära molekyler
Medan molekyler har en neutral laddning totalt sett kan formen på molekylen vara sådan att ena änden är mer negativ och den andra änden mer positiv. I så fall lockar de negativt laddade ändarna de positivt laddade ändarna av andra molekyler och bildar svaga bindningar, A-polar molekyl kallas en dipol eftersom den har två poler, plus och minus, och bindningarna som polära molekyler bildar kallas dipol-dipol obligationer.
Vattenmolekylen har sådana laddningsskillnader. Syreatomen i vatten har sex elektroner i sin yttre elektronunderskal där det finns plats för åtta. De två väteatomerna i vatten bildar kovalenta bindningar med syreatomen och delar sina två elektroner med syreatomen. Som ett resultat, av de åtta tillgängliga bindningselektronerna i molekylen, delas två med var och en av de två väteatomerna och lämnar fyra lediga.
De två väteatomerna stannar på ena sidan av molekylen medan de fria elektronerna samlas på den andra sidan. De delade elektronerna stannar mellan väteatomerna och syreatomen och lämnar den positivt laddade väteprotonen i kärnan utsatt. Detta innebär att vätesidan av vattenmolekylen har en positiv laddning, medan den andra sidan där de fria elektronerna är har en negativ laddning. Som ett resultat är vattenmolekylen polär och är en dipol.
Vätebindningar
Den starkaste intermolekylära kraften i vatten är en speciell dipolbindning som kallas vätebindningen. Många molekyler är polära och kan bilda bipol-bipolbindningar utan att bilda vätebindningar eller till och med ha väte i sin molekyl. Vatten är polärt, och den dipolbindning det bildar är en vätebindning baserad på de två väteatomerna i molekylen.
Vätebindningar är särskilt starka eftersom väteatomen i molekyler som vatten är en liten, naken proton utan något inre elektronskal. Som ett resultat kan det komma nära den negativa laddningen av den negativa sidan av en polär molekyl och bilda en särskilt stark bindning. I vatten kan en molekyl bilda upp till fyra vätebindningar, med en molekyl för varje väteatom och med två väteatomer på den negativa syresidan. I vatten är dessa bindningar starka men förskjuts ständigt, bryts och omformas för att ge vattnet dess speciella egenskaper.
Ion-dipolobligationer
När jonföreningar tillsätts till vatten kan de laddade jonerna bilda bindningar med de polära vattenmolekylerna. Till exempel är NaCl eller bordssalt en jonförening eftersom natriumatomen har gett sin enda yttre skalelektron till kloratomen och bildat natrium- och klorjoner. När de är upplösta i vatten dissocieras molekylerna i positivt laddade natriumjoner och negativt laddade klorjoner. Natriumjonerna lockas till de negativa polerna i vattenmolekylerna och bildar jon-dipolbindningar där, medan klorjoner bildar bindningar med väteatomerna. Bildandet av jon-dipolbindningar är en anledning till att jonföreningar löser sig lätt i vatten.
Effekterna av intermolekylära krafter på materialegenskaper
Intermolekylära krafter och bindningarna de producerar kan påverka hur ett material beter sig. När det gäller vatten håller de relativt starka vätebindningarna vattnet samman. Två av de resulterande egenskaperna är hög ytspänning och hög förångningsvärme.
Ytspänningen är hög eftersom vattenmolekyler längs vattenytan bildar bindningar som skapar ett slags elastisk film på ytan, vilket gör att ytan kan bära lite vikt och drar vattendroppar i runt former.
Förångningsvärme är hög eftersom vattenmolekylerna, när vattnet når kokpunkten, fortfarande är bundna och förblir flytande tills tillräckligt med energi tillsätts för att bryta bindningarna. Obligationer baserade på intermolekylära krafter är inte lika starka som kemiska bindningar, men de är fortfarande viktiga för att förklara hur vissa material beter sig.