Hvorfor afviser ikke -polære molekyler vandmolekyler?

1. Polaritet:

* vand (H₂O): Vandmolekyler er polære. Oxygenatomet er mere elektronegativt end hydrogenatomerne, hvilket skaber en delvis negativ ladning på ilt og delvis positive ladninger på hydrogenerne. Dette danner et dipolmoment, hvilket gør vand til et polært molekyle.

* Ikke-polære molekyler: Ikke-polære molekyler har en jævn fordeling af elektroner, hvilket resulterer i ingen signifikant ladningsadskillelse og intet dipolmoment.

2. Intermolekylære kræfter:

* Vand: Vandmolekyler danner stærke brintbindinger med hinanden på grund af deres polaritet. Disse brintbindinger er ansvarlige for vandets høje kogepunkt og overfladespænding.

* Ikke-polære molekyler: Ikke-polære molekyler oplever primært svage London-spredningskræfter, som er midlertidige, flygtige interaktioner på grund af midlertidige udsving i elektronfordeling.

3. Hydrofob effekt:

* vand præference for sig selv: Vandmolekyler interagerer stærkt med hinanden via hydrogenbindinger og danner et meget sammenhængende netværk. De foretrækker at forbinde med andre vandmolekyler snarere end med ikke-polære molekyler.

* udelukkelse af ikke-polære molekyler: Når ikke-polære molekyler indføres i vand, forstyrrer de hydrogenbindingsnetværket. For at minimere denne forstyrrelse "skubber vandmolekyler" de ikke-polære molekyler væk og danner separate klynger eller aggregater. Dette fænomen er kendt som hydrofobe effekt .

I det væsentlige gør det stærke hydrogenbindingsnetværk i vand det energisk ugunstigt for ikke-polære molekyler at opløses i det. De afvises på grund af den forstyrrelse, de forårsager for vandets sammenhængende struktur.

Konsekvenser:

* olie og vand: Olie er et ikke-polært stof og blandes derfor ikke med vand.

* Cellemembraner: Cellemembraner er sammensat af phospholipid -dobbeltlag, med hydrofobe haler vendt indad og hydrofile hoveder vendt udad. Denne struktur skaber en barriere, der forhindrer vandopløselige molekyler i let at komme ind i cellen.

* Proteinfoldning: Den hydrofobe virkning spiller en afgørende rolle i proteinfoldning, der driver ikke-polære aminosyrer til det indre af proteinet, mens polære aminosyrer udsættes for det vandige miljø.