Die ungewöhnlichen Eigenschaften von Wassermolekülen
Wassermoleküle haben ungewöhnliche chemische und physikalische Eigenschaften. Wasser kann zur gleichen Zeit in allen drei Zustände der Materie existieren: Flüssigkeit, Gas und Feststoff.
Stellen Sie sich vor, dass Sie in Ihrem Whirlpool sitzen (gefüllt mit Flüssigkeit Wasser) beobachten den Dampf (Gas) Von der Oberfläche steigen, wie Sie ein kaltes Getränk aus einem Glas mit Eis gefüllt genießen (solide) Würfel. Nur sehr wenige andere chemische Substanzen können in dieser Nähe eines Temperaturbereichs in allen diesen physikalischen Zuständen existieren.
Wasser einzigartigen Eigenschaften
Im Folgenden sind einige der einzigartigen Eigenschaften des Wassers:
Im festen Zustand sind die Teilchen der Materie in der Regel sehr viel näher beieinander liegen als sie in dem flüssigen Zustand befinden. Wenn Sie also eine feste in seine entsprechende Flüssigkeit gestellt, es sinkt. Aber das ist nicht wahr Wasser. Seine festen Zustand ist weniger dicht als seinem flüssigen Zustand, so dass es schwimmt.
Wasser Siedepunkt ist ungewöhnlich hoch. Andere Verbindungen, ähnlich in Gewicht zu Wasser haben ein viel niedrigeren Siedepunkt.
Eine weitere einzigartige Eigenschaft des Wassers ist seine Fähigkeit, eine große Vielfalt von chemischen Substanzen zu lösen. Es löst Salze und andere ionische Verbindungen sowie polare kovalente Verbindungen wie Alkohole und organische Säuren.
Das Wasser wird manchmal das universelle Lösungsmittel genannt, weil es so viele Dinge auflösen kann. Es kann auch eine große Menge an Wärme absorbieren, die große Wasser ermöglicht, um die Temperatur auf der Erde moderieren.
Wasser hat viele ungewöhnliche Eigenschaften aufgrund seiner polaren kovalenten Bindungen. Sauerstoff hat eine größere Elektronegativität als Wasserstoff, so dass die Elektronenpaare in näher an dem Sauerstoffatom gezogen wird, es eine teilweise negative Ladung zu geben. Anschließend nehmen beide der Wasserstoffatome an einem Teil positive Ladung. Die Teilladungen auf die Atome durch die polare kovalente Bindungen in Wasser geschaffen werden in der folgenden Abbildung dargestellt.
Intermolekularen Kräfte
Wasser ist ein Dipol und wirkt wie ein Magnet, mit dem Sauerstoff Ende mit einer negativen Ladung und die Wasserstoffende eine positive Ladung aufweist. Diese geladenen Enden können andere Wassermoleküle anziehen. Diese Anziehungskraft zwischen den Molekülen ist ein intermolekulare Kraft (Kraft zwischen verschiedenen Molekülen).
Intermolekularen Kräfte können von drei verschiedenen Typen sein:
London Kraft (oder Dispersionskraft). Diese schwache Art der Anziehungskraft tritt im allgemeinen zwischen unpolaren kovalenten Molekülen, wie Stickstoff, Wasserstoff oder Methan. Sie ergibt sich aus der Ebbe und Flut der Elektronenbahnen, um die Bindung eine schwache und kurze Ladungstrennung geben.
Schwache Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Diese intermolekulare Kraft tritt auf, wenn das positive Ende eines Dipol-Molekül mit dem negativen Ende einer anderen Dipol-Molekül angezogen wird. Es ist viel stärker als ein London Kraft, aber es ist immer noch ziemlich schwach.
Extrem starke Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Diese Kraft tritt auf, wenn ein Wasserstoffatom an einem der drei verbunden ist äußerst elektro Elemente - O, N oder F. Diese drei Elemente haben eine sehr starke Anziehungskraft für die Bindungselektronenpaar, so dass die in der Bindung nehmen eine große Menge an Teilladung beteiligten Atome.
Diese Verbindung erweist sich als hoch polar sein - und desto höher ist die Polarität, desto wirksamer die Verbindung. Wenn die O, N, oder F auf einem Molekül des Wasserstoffs von einem anderen Molekül zieht, ist der Dipol-Dipol-Wechselwirkung sehr stark. Diese starke Wechselwirkung wird als ein Wasserstoffverbindung. Die Wasserstoffbrücke ist die Art der Interaktion, die in Wasser vorhanden ist, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Wasserstoffbrücken in Wasser.
Wassermoleküle durch diese Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert sind, so Aufbrechen (Trennen) der Moleküle ist sehr hart. Die Wasserstoffbrücken entfallen Wasser mit hohem Siedepunkt und die Fähigkeit, Wärme zu absorbieren. Wenn Wasser gefriert, sperren die Wasserstoffbrücken Wasser in einen offenen Rahmen, der eine Menge von leeren Raum umfasst.
In flüssigem Wasser können die Moleküle ein wenig näher zueinander kommen, aber wenn die festen Formen ergeben sich die Wasserstoffbrücken in einer Struktur, die große Löcher enthält. Die Löcher die Lautstärke zu erhöhen und um die Dichte zu verringern.
Dieser Prozess erklärt, warum die Dichte des Eises ist geringer als die von flüssigem Wasser (der Grund, Eis floats). Die Struktur von Eis wird durch die gepunkteten Linien unten, mit den Wasserstoffbrückenbindungen angegeben gezeigt.
