Які міжмолекулярні сили присутні у воді?

H₂Молекула води O є полярною з міжмолекулярними диполь-дипольними водневими зв’язками. Оскільки молекули води притягують одна одну і утворюють зв’язки, вода виявляє такі властивості, як високий поверхневий натяг та висока теплота випаровування. Міжмолекулярні сили набагато слабкіші, ніж внутрішньомолекулярні, що утримують молекули разом, але вони все ще досить сильні, щоб впливати на властивості речовини. У випадку з водою вони змушують рідину поводитися унікально і надають їй деякі корисні характеристики.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Вода має сильні водневі зв’язки диполь-дипольні міжмолекулярні сили, які надають воді високий поверхневий натяг та високу теплоту випаровування, що робить її сильним розчинником.

Хоча молекули в цілому мають нейтральний заряд, форма молекули може бути такою, що один кінець є більш негативним, а інший кінець більш позитивним. У цьому випадку негативно заряджені кінці притягують позитивно заряджені кінці інших молекул, утворюючи слабкі зв’язки, полярні молекула називається диполем, оскільки вона має два полюси плюс і мінус, а зв'язки, що утворюються полярними молекулами, називаються диполь-диполем облігації.

Молекула води має такі різниці заряду. Атом кисню у воді має шість електронів у зовнішній електронній оболонці, де є місце для восьми. Два атоми водню у воді утворюють ковалентні зв’язки з атомом кисню, розділяючи свої два електрони з атомом кисню. В результаті з восьми доступних зв’язуючих електронів у молекулі два діляться з кожним з двох атомів водню, залишаючи чотири вільними.

Два атоми водню залишаються з одного боку молекули, тоді як вільні електрони збираються з іншого боку. Спільні електрони залишаються між атомами водню та атомом кисню, залишаючи відкритим позитивно заряджений водень-протон ядра. Це означає, що воднева сторона молекули води має позитивний заряд, тоді як інша сторона, де знаходяться вільні електрони, має негативний заряд. В результаті молекула води є полярною і є диполем.

Найсильнішою міжмолекулярною силою у воді є спеціальний дипольний зв’язок, який називається водневим зв’язком. Багато молекул є полярними і можуть утворювати біполь-біпольні зв’язки, не утворюючи водневих зв’язків і навіть не маючи водню в своїй молекулі. Вода є полярною, а дипольний зв’язок, який вона утворює, є водневим зв’язком на основі двох атомів водню в молекулі.

Водневі зв’язки особливо сильні, оскільки атом водню в таких молекулах, як вода, є невеликим, оголеним протоном без внутрішньої електронної оболонки. В результаті він може наблизитися до негативного заряду негативної сторони полярної молекули і утворити особливо міцний зв’язок. У воді молекула може утворювати до чотирьох водневих зв’язків, по одній молекулі на кожен атом водню і з двома атомами водню на негативній стороні кисню. У воді ці зв’язки міцні, але постійно зміщуються, руйнуються та переформуються, щоб надати воді особливих властивостей.

При додаванні іонних сполук до води заряджені іони можуть утворювати зв’язки з полярними молекулами води. Наприклад, NaCl або кухонна сіль є іонною сполукою, оскільки атом натрію віддав свій єдиний зовнішній електронний корпус атому хлору, утворюючи іони натрію та хлору. Розчиняючись у воді, молекули дисоціюють на позитивно заряджені іони натрію та негативно заряджені іони хлору. Іони натрію притягуються до негативних полюсів молекул води і утворюють там іон-дипольні зв’язки, тоді як іони хлору утворюють зв’язки з атомами водню. Утворення іон-дипольних зв’язків є причиною того, чому іонні сполуки легко розчиняються у воді.

Міжмолекулярні сили та зв’язки, які вони утворюють, можуть впливати на поведінку матеріалу. У випадку води відносно міцні водневі зв’язки утримують воду разом. Дві з отриманих властивостей - це високий поверхневий натяг і висока теплота випаровування.

Поверхневий натяг високий, оскільки молекули води вздовж поверхні води утворюють зв’язки, які створюють своєрідні еластична плівка на поверхні, що дозволяє поверхні витримувати деяку вагу і витягуючи краплі води в круглі фігури.

Тепло випаровування велике, оскільки, коли вода досягає точки кипіння, молекули води все ще зв’язуються і залишаються рідиною, поки не буде додано достатньо енергії для розриву зв’язків. Зв’язки, засновані на міжмолекулярних силах, не такі міцні, як хімічні зв’язки, але вони все одно важливі для пояснення поведінки деяких матеріалів.