แรงระหว่างโมเลกุลอะไรที่มีอยู่ในน้ำ?

เดอะ โฮ₂O โมเลกุลของน้ำเป็นขั้วที่มีพันธะไฮโดรเจนแบบไดโพล-ไดโพลระหว่างโมเลกุล เนื่องจากโมเลกุลของน้ำจะดึงดูดกันและสร้างพันธะ น้ำจึงแสดงคุณสมบัติ เช่น แรงตึงผิวสูงและความร้อนสูงของการกลายเป็นไอ แรงระหว่างโมเลกุลนั้นอ่อนกว่าแรงในโมเลกุลที่ยึดโมเลกุลไว้ด้วยกันมาก แต่ก็ยังแข็งแรงพอที่จะส่งผลต่อคุณสมบัติของสาร ในกรณีของน้ำ พวกเขาทำให้ของเหลวมีลักษณะเฉพาะและให้คุณลักษณะที่เป็นประโยชน์บางอย่างแก่น้ำ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

น้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแบบไดโพล-ไดโพลระหว่างโมเลกุลที่มีพันธะไฮโดรเจนอย่างแรง ซึ่งทำให้น้ำมีแรงตึงผิวสูงและความร้อนสูงของการระเหยและทำให้เป็นตัวทำละลายที่รุนแรง

ในขณะที่โมเลกุลมีประจุที่เป็นกลางโดยรวม รูปร่างของโมเลกุลอาจมีลักษณะที่ปลายด้านหนึ่งเป็นลบมากกว่าและปลายอีกด้านหนึ่งเป็นบวกมากกว่า ในกรณีนั้น ปลายที่มีประจุลบจะดึงดูดปลายที่มีประจุบวกของโมเลกุลอื่น ทำให้เกิดพันธะอ่อน A ขั้ว โมเลกุลเรียกว่าไดโพลเพราะมันมีสองขั้วบวกและลบและโมเลกุลขั้วพันธะเรียกว่าไดโพล-ไดโพล พันธบัตร

โมเลกุลของน้ำมีความแตกต่างของประจุดังกล่าว อะตอมออกซิเจนในน้ำมีอิเล็กตรอน 6 ตัวในเปลือกย่อยอิเล็กตรอนชั้นนอกซึ่งมีที่ว่างสำหรับแปด อะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมในน้ำสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมออกซิเจน แบ่งอิเล็กตรอนสองตัวของพวกมันกับอะตอมออกซิเจน ผลที่ตามมาคือจากอิเล็กตรอนพันธะที่มีอยู่แปดตัวในโมเลกุล สองอิเล็กตรอนจะถูกใช้ร่วมกันกับอะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมแต่ละอะตอมโดยปล่อยให้เป็นอิสระสี่ตัว

อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมอยู่ด้านหนึ่งของโมเลกุลในขณะที่อิเล็กตรอนอิสระรวมตัวกันที่อีกด้านหนึ่ง อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะอยู่ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน ทำให้โปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกของนิวเคลียสถูกเปิดเผย ซึ่งหมายความว่าด้านไฮโดรเจนของโมเลกุลน้ำมีประจุบวก ในขณะที่อีกด้านที่มีอิเล็กตรอนอิสระมีประจุลบ เป็นผลให้โมเลกุลของน้ำมีขั้วและเป็นไดโพล

แรงระหว่างโมเลกุลที่แรงที่สุดในน้ำคือพันธะไดโพลพิเศษที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลจำนวนมากมีขั้วและสามารถสร้างพันธะไบโพล-ไบโพลได้โดยไม่เกิดพันธะไฮโดรเจนหรือแม้แต่มีไฮโดรเจนอยู่ในโมเลกุลของพวกมัน น้ำมีขั้ว และพันธะไดโพลที่ก่อตัวเป็นพันธะไฮโดรเจนที่มีพื้นฐานมาจากไฮโดรเจนสองอะตอมในโมเลกุล

พันธะไฮโดรเจนมีความแข็งแรงเป็นพิเศษเนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนในโมเลกุล เช่น น้ำ เป็นโปรตอนขนาดเล็กที่ไม่มีเปลือกหุ้มอิเล็กตรอนภายใน เป็นผลให้สามารถเข้าใกล้ประจุลบของด้านลบของโมเลกุลขั้วและสร้างพันธะที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ ในน้ำ โมเลกุลสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้มากถึงสี่พันธะ โดยมีหนึ่งโมเลกุลสำหรับไฮโดรเจนแต่ละอะตอม และมีไฮโดรเจนสองอะตอมที่ด้านออกซิเจนเชิงลบ ในน้ำ พันธะเหล่านี้จะแข็งแรงแต่จะขยับตัว แตกตัว และก่อตัวใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อให้น้ำมีคุณสมบัติพิเศษ

เมื่อเติมสารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนที่มีประจุสามารถสร้างพันธะกับโมเลกุลของน้ำที่มีขั้วได้ ตัวอย่างเช่น NaCl หรือเกลือแกงเป็นสารประกอบไอออนิก เนื่องจากโซเดียมอะตอมได้ให้อิเล็กตรอนของเปลือกนอกแต่เพียงผู้เดียวแก่อะตอมของคลอรีน ทำให้เกิดโซเดียมและคลอรีนไอออน เมื่อละลายในน้ำ โมเลกุลจะแยกตัวออกเป็นโซเดียมไอออนที่มีประจุบวกและคลอรีนไอออนที่มีประจุลบ โซเดียมไอออนจะถูกดึงดูดไปยังขั้วลบของโมเลกุลของน้ำและเกิดพันธะไอออนกับไดโพลที่นั่น ในขณะที่คลอรีนไอออนจะสร้างพันธะกับอะตอมของไฮโดรเจน การก่อตัวของพันธะไอออน-ไดโพลเป็นสาเหตุที่ทำให้สารประกอบไอออนิกละลายได้ง่ายในน้ำ

แรงระหว่างโมเลกุลและพันธะที่เกิดขึ้นอาจส่งผลต่อพฤติกรรมของวัสดุ ในกรณีของน้ำ พันธะไฮโดรเจนที่ค่อนข้างแรงจะยึดน้ำไว้ด้วยกัน สองคุณสมบัติที่ได้คือแรงตึงผิวสูงและความร้อนสูงของการกลายเป็นไอ

แรงตึงผิวสูงเนื่องจากโมเลกุลของน้ำบนผิวน้ำสร้างพันธะที่สร้างชนิดของ ฟิล์มยืดหยุ่นบนพื้นผิวช่วยให้พื้นผิวรองรับน้ำหนักบางส่วนและดึงหยดน้ำให้เป็นทรงกลม รูปร่าง

ความร้อนของการกลายเป็นไอนั้นสูงเพราะเมื่อน้ำถึงจุดเดือด โมเลกุลของน้ำจะยังคงถูกพันธะและยังคงเป็นของเหลวจนกว่าจะมีการเพิ่มพลังงานเพียงพอที่จะทำลายพันธะ พันธะที่ยึดตามแรงระหว่างโมเลกุลนั้นไม่แข็งแรงเท่ากับพันธะเคมี แต่ก็ยังมีความสำคัญในการอธิบายว่าวัสดุบางชนิดมีพฤติกรรมอย่างไร