Hvorfor udgør vandformigt hydrogenbindinger?

Der er to forskellige kemiske bindinger til stede i vand. De kovalente bindinger mellem oxygenet og hydrogenatomerne skyldes en deling af elektronerne. Dette er hvad der holder vandmolekylerne sammen. Hydrogenbindingen er den kemiske binding mellem vandmolekylerne, der holder molekylernes masse sammen. En dråbe faldende vand er en gruppe vandmolekyler, der holdes sammen af ​​hydrogenbindingerne mellem molekylerne.

Hydrogenbinding i flydende vand

Hydrogenbindinger er relativt svage, men da der er så mange af dem, der er til stede i vand, bestemmer de i høj grad dets kemiske egenskaber. Disse bindinger er primært de elektriske attraktioner mellem positivt ladede hydrogenatomer og negativt ladede oxygenatomer. I flydende vand har vandmolekylerne nok energi til at holde dem vibrerende og bevæger sig kontinuerligt. Brintbindingerne dannes konstant og brydes, kun for at danne igen. Hvis en pande vand på en komfur opvarmes, bevæger vandmolekylerne hurtigere, da de absorberer mere varmeenergi. Jo varmere væsken er, jo mere molekylerne bevæger sig. Når molekylerne absorberer tilstrækkelig energi, går de på overfladen frit ind i dampens fase. Der er ingen hydrogenbinding i vanddamp. De aktiverede molekyler flyder rundt uafhængigt, men når de køler ned, mister de energi. Ved kondensering er vandmolekylerne tiltrukket af hinanden, og hydrogenbindinger danner igen i væskefasen.

Hydrogenbinding i is

Is er en veldefineret struktur, i modsætning til vand i væskefasen. Hvert molekyle er omgivet af fire vandmolekyler, som danner hydrogenbindinger. Da polarvandsmolekylerne danner iskrystaller, skal de orientere sig i en matrix som et tredimensionalt gitter. Der er mindre energi og dermed mindre frihed til at vibrere eller bevæge sig rundt. Når de har arrangeret sig selv, så deres attraktive og afskyelige afgifter er afbalanceret, etablerer hydrogenbindingerne på denne måde, indtil isen absorberer varme og smelter. Vandmolekylerne i is er ikke pakket så tæt sammen som de er i flydende vand. Da de er mindre tætte i denne faste fase, flyder isen i vand.

Vand som opløsningsmiddel

I vandmolekyler tiltrækker oxygenatomet de negativt ladede elektroner stærkere end hydrogenet. Dette giver vand en asymmetrisk fordeling af ladning, så det er et polært molekyle. Vandmolekyler har både positive og negativt ladede ender. Denne polaritet tillader vand at opløse mange stoffer, der også har polaritet eller en ujævn fordeling af ladning. Når en ionisk eller polær forbindelse udsættes for vand, omgiver vandmolekylerne den. Fordi vandmolekylerne er små, kan mange af dem omdanne et molekyle af det opløste stof og danne hydrogenbindinger. På grund af tiltrækningen kan vandmolekylerne trække de opløste molekyler fra hinanden, så opløsningen opløses i vandet. Vand er det "universelle opløsningsmiddel", fordi det opløser flere stoffer end nogen anden væske. Dette er en meget vigtig biologisk egenskab.

Vandets fysiske egenskaber

Vands netværk af hydrogenbindinger giver det en stærk sammenhæng og overfladespænding. Dette er tydeligt, hvis vandet er faldet på vokspapir. Vanddråberne danner perler, da voksen er uopløselig. Denne attraktion skabt af hydrogenbinding holder vand i en flydende fase over en lang række temperaturer. Den energi, der kræves for at bryde hydrogenbindingerne, får vand til at have en høj fordampningsvarme, så det kræver en stor mængde energi til at omdanne flydende vand til sin gasfase, vanddamp. På grund af dette er sved fordampning - som bruges som et kølesystem af mange pattedyr - effektivt, fordi en stor mængde varme skal frigives fra et dyrs krop for at bryde hydrogenbindingerne mellem vandmolekylerne.
< h2> Hydrogenbinding i biosystemer

Vand er et alsidigt molekyle. Det kan hydrogenbindes til sig selv og også til andre molekyler, der har OH- eller NH2-radikaler bundet til dem. Dette er vigtigt i mange biokemiske reaktioner. Dens egenskaber har gjort forholdene gunstige for livet på denne planet. En stor mængde varme er nødvendig for at hæve vandtemperaturen en grad. Dette gør det muligt for oceanerne at gemme enorme mængder varme og moderere jordens klima. Vand udvides, når det fryser, hvilket har lettet vejr og erosion på geologiske strukturer. At isen er mindre tæt end flydende vand tillader isen at flyde på damme. Det øverste niveau af vand kan fryse og beskytte mange livsformer, som kan overleve vinteren dybere i vandet.