Zakaj je voda polarna molekula?

Voda je polarna molekula in deluje tudi kot polarno topilo. Kadar se za kemijsko vrsto pravi, da je "polarna", to pomeni, da so pozitivni in negativni električni naboji neenakomerno razporejeni. Pozitivni naboj izvira iz atomskega jedra, medtem ko elektroni napajajo negativni naboj. Polarnost določa gibanje elektronov. Tukaj je opisano, kako deluje za vodo.

Voda (H₂O) je polarna zaradi upognjene oblike molekule. Oblika pomeni večino negativnega naboja kisika na strani molekule, pozitiven naboj vodikovih atomov pa na drugi strani molekule. To je primer polarne kovalente kemična vezava. Ko se topila dodajo vodi, lahko nanje vpliva porazdelitev naboja.

Razlog, da oblika molekule ni linearna in nepolarna (npr. Kot CO₂) je zaradi razlike v elektronegativnost med vodikom in kisikom. Vrednost elektronegativnosti vodika je 2,1, medtem ko je elektronegativnost kisika 3,5. The manjša je razlika med vrednostmi elektronegativnosti, bolj verjetni atomi bodo tvorili kovalent vez. Velika razlika med vrednostmi elektronegativnosti je vidna pri ionskih zvezah. Vodik in kisik v običajnih pogojih delujeta kot nemetala, kisik pa je precej nekoliko bolj elektronegativno kot vodik, zato dva atoma tvorita kovalentno kemično vez, vendar je polarno.

Močno elektronegativni kisikov atom pritegne k njemu elektrone ali negativni naboj, zaradi česar je območje okoli kisika bolj negativno kot območja okoli dveh vodikovih atomov. Električno pozitivni deli molekule (vodikovi atomi) so odmaknjeni od dveh napolnjenih orbitali kisika. V bistvu sta oba atoma vodika privlačena na isti strani kisikovega atoma, vendar sta med seboj čim bolj oddaljena, ker imata vodikova atoma pozitiven naboj. Upognjena konformacija je ravnovesje med privlačnostjo in odbojnostjo.

Čeprav je kovalentna vez med vodikom in kisikom v vodi polarna, je molekula vode v celoti električno nevtralna molekula. Vsaka molekula vode ima 10 protonov in 10 elektronov, z neto nabojem 0.

Oblika vsake molekule vode vpliva na njen način interakcije z drugimi molekulami vode in drugimi snovmi. Voda deluje kot polar topilo ker ga lahko v topilu privlači bodisi pozitivni bodisi negativni električni naboj. Rahlo negativni naboj blizu kisikovega atoma privabi bližnje atome vodika iz vode ali pozitivno nabitih regij drugih molekul. Rahlo pozitivna vodikova stran vsake molekule vode privlači druge kisikove atome in negativno nabita področja drugih molekul. The vodikova vez med vodikom ene molekule vode in kisikom druge drži vodo skupaj in ji daje zanimive lastnosti, vendar vodikove vezi niso tako močne kot kovalentne vezi. Medtem ko se molekule vode medsebojno privlačijo s pomočjo vodikovega povezovanja, je približno 20% njih kadar koli prostih za interakcijo z drugimi kemičnimi vrstami. Ta interakcija se imenuje hidracija ali raztapljanje.