Hvilke intermolekylære kræfter findes i vand?

H _{2O-vandmolekylet er polært med intermolekylær dipol-dipol-hydrogenbindinger. Efterhånden som vandmolekylerne tiltrækker hinanden og danner bindinger, viser vand egenskaber såsom høj overfladespænding og en høj fordampningsvarme. Intermolekylære kræfter er meget svagere end de intramolekylære kræfter, der holder molekylerne sammen, men de er stadig stærke nok til at påvirke egenskaberne ved et stof. I tilfælde af vand får de væsken til at opføre sig på unikke måder og give den nogle nyttige egenskaber.}

TL; DR (for lang; læste ikke)

Vand har en stærk brintbinding dipol-dipol intermolekylære kræfter, der giver vand en høj overfladespænding og en høj fordampningsvarme, og som gør det til et stærkt opløsningsmiddel.
Polære molekyler

Mens molekyler generelt har en neutral ladning, er molekylets form kan være sådan, at den ene ende er mere negativ og den anden ende mere positiv. I dette tilfælde tiltrækker de negativt ladede ender de positivt ladede ender af andre molekyler og danner svage bindinger. Et polært molekyle kaldes en dipol, fordi det har to poler, plus og minus, og de bindinger, som polære molekyler udgør, kaldes dipol-dipolbindinger .

Vandmolekylet har sådanne ladningsforskelle. Oxygenet i vand har seks elektroner i det ydre elektronunderskal, 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 deles to af de otte tilgængelige bindingselektroner i molekylet to med hvert af de to hydrogenatomer, hvilket efterlader fire frie.

De to hydrogenatomer forbliver på den ene side af molekylet, mens de frie elektroner samles på den anden side. De delte elektroner forbliver mellem hydrogenatomer og iltatom, hvilket efterlader den positivt ladede brintproton fra kernen. Dette betyder, at hydrogensiden af vandmolekylet har en positiv ladning, mens den anden side, hvor de frie elektroner er, har en negativ ladning. Som et resultat er vandmolekylet polært og er en dipol.
Hydrogen Bonds

Den stærkeste intermolekylære kraft i vand er en speciel dipolbinding kaldet brintbinding. Mange molekyler er polære og kan danne bipolbipolbindinger uden at danne brintbindinger eller endda have brint i deres molekyle. Vand er polært, og den dipolbinding, det danner, er en brintbinding baseret på de to hydrogenatomer i molekylet.

Hydrogenbindinger er især stærke, fordi brintatomet i molekyler som vand er en lille, nøgen proton uden indre elektronskal. Som et resultat kan det 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 iltside. I vand er disse bindinger stærke, men skifter konstant, brydes og re-dannes for at give vand dets specielle egenskaber.
Ion-Dipol Bonds

Når ioniske forbindelser tilsættes vand, kan de ladede ioner dannes bindes med de polære vandmolekyler. F.eks. Er NaCl eller bordsalt en ionisk forbindelse, fordi natriumatom har givet sin eneste ydre skalelektron til kloratomet og dannet natrium- og chlorioner. Når molekylerne opløses i vand, dissocieres de i positivt ladede natriumioner og negativt ladede chlorioner. Natriumionene tiltrækkes af de negative poler i vandmolekylerne og danner der ion-dipolbindinger, mens klorionerne danner bindinger med hydrogenatomer. Dannelsen af ion-dipolbindinger er en grund til, at ioniske forbindelser let opløses i vand.
Effekten af intermolekylære kræfter på materialegenskaber

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

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

Fordampningsvarmen er høj, fordi når vandet først når kogepunktet, bundes vandmolekylerne stadig og forbliver en væske, indtil der tilsættes nok 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.