Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Hvilke intermolekylære kræfter er til stede i vand?

H 2O vandmolekylet er polært med intermolekylære dipol-dipolhydrogenbindinger. Da vandmolekylerne tiltrækker hinanden og danner bindinger, viser vand egenskaber som høj overfladespænding og høj fordampervarme. Intermolekylære kræfter er meget svagere end de intramolekylære kræfter, der holder molekylerne sammen, men de er stadig stærke nok til at påvirke egenskaberne af et stof. I tilfælde af vand gør de væsken op på unikke måder og giver den nogle nyttige egenskaber.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Vand har stærk hydrogenbinding dipole-dipol-intermolekylære kræfter, der giver vandet en høj overfladespænding og en høj fordampningsvarme, og det gør det til et stærkt opløsningsmiddel.

Polære molekyler

Mens molekyler har en neutral ladning samlet, formes af molekylet kan være sådan, at den ene ende er mere negativ og den anden ende mere positiv. I så fald tiltrækker de negativt ladede ender de positivt ladede ender af andre molekyler, der danner svage bindinger. Et polært molekyle betegnes en dipol, fordi den har to poler plus og minus, og bindingenes polære molekyler form kaldes dipol-dipolbindinger .

Vandmolekylet har sådanne ladningsforskelle. Oxygenatomet i vand har seks elektroner i dets ydre elektronunderhul, hvor der er plads til otte. De to hydrogenatomer i vand danner kovalente bindinger med oxygenatomet og deler deres to elektroner med oxygenatomet. Som et resultat af de otte tilgængelige bindingselektroner i molekylet deles to med hver af de to hydrogenatomer, der efterlader fire fri.

De to hydrogenatomer forbliver på den ene side af molekylet, mens de frie elektroner samles på den anden side. De delte elektroner forbliver mellem hydrogenatomerne og oxygenatomet, hvilket efterlader det positivt ladede hydrogenproton af den eksponerede kerne. Dette betyder at hydrogensiden af ​​vandmolekylet har en positiv ladning, mens den anden side hvor de frie elektroner har en negativ ladning. Som følge heraf er vandmolekylet polært og er en dipol.

Hydrogenbindinger

Den stærkeste intermolekylære kraft i vand er en speciel dipolbinding kaldet hydrogenbinding. Mange molekyler er polære og kan danne bipol-bipolbindinger uden at danne hydrogenbindinger eller endda have hydrogen i deres molekyle. Vand er polært, og dipolbindingen der dannes er en hydrogenbinding baseret på de to hydrogenatomer i molekylet.

Hydrogenbindinger er særligt stærke, fordi hydrogenatomet i molekyler som vand er en lille, nøgen proton uden indre elektronskal. Som følge heraf kan den komme tæt på den negative ladning af den negative side af et polært molekyle og danne en særlig stærk binding. I vand kan et molekyle danne op til fire hydrogenbindinger med et molekyle for hvert hydrogenatom og med to hydrogenatomer på den negative oxygen side. I vand er disse bindinger stærke, men skifter konstant, bryder og omformes for at give vand dets særlige egenskaber.

Når ioniske forbindelser tilsættes til vand, bliver de ladede ioner kan danne bindinger med polarvandsmolekylerne. For eksempel er NaCl eller bordsalt en ionforbindelse, fordi natriumatomet har givet sin eneste ydre skalelektron til chloratomet, hvilket danner natrium- og chlorioner. Når de opløses i vand, dissocieres molekylerne i positivt ladede natriumioner og negativt ladede klorioner. Natriumionerne tiltrækkes af de negative poler af vandmolekylerne og danner iondipolbindinger der, mens chlorionerne danner bindinger med hydrogenatomerne. Dannelsen af ​​iondipolbindinger er en grund til, at ioniske forbindelser opløses let i vand.

Effekterne af intermolekylære kræfter på materialegenskaber

Intermolekylære kræfter og de bindinger, de producerer, kan påvirke, hvordan et materiale opfører sig. I tilfælde af vand holder de relativt stærke hydrogenbindinger vandet sammen. To af de resulterende egenskaber er høj overfladespænding og en høj fordampningsvarme.

Overfladespændingen er høj, fordi vandmolekyler langs overfladen af ​​vand danner bindinger, der skaber en slags elastisk film på overfladen, hvilket gør overfladen for at understøtte en vis vægt og trække dråber af vand i runde former.

Fordampningsvarme er høj, fordi vandmolekylerne stadig er bundet, når vand når kogepunktet, og forbliver en væske, indtil der er tilstrækkelig energi til at bryde obligationerne. Obligationer baseret på intermolekylære kræfter er ikke så stærke som kemiske bindinger, men de er stadig vigtige for at forklare, hvordan nogle materialer opfører sig.

Klik for at udvide hele teksten