Varför är vatten en polär molekyl?

Vatten är en polär molekyl och fungerar också som ett polärt lösningsmedel. När en kemisk art sägs vara "polär", betyder detta att de positiva och negativa elektriska laddningarna är ojämnt fördelade. Den positiva laddningen kommer från atomkärnan medan elektronerna tillhandahåller den negativa laddningen. Det är rörelsen hos elektroner som bestämmer polaritet. Så här fungerar det för vatten.

Polaritet i en vattenmolekyl

Vatten (H₂O) är polär på grund av molekylens böjda form. Formen betyder mest av den negativa laddningen från syre på molekylens sida och den positiva laddningen av väteatomerna är på andra sidan av molekylen. Detta är ett exempel på polär kovalent kemisk bindning. När lösta ämnen tillsätts till vatten kan de påverkas av laddningsfördelningen.

Anledningen till att molekylens form inte är linjär och icke-polär (t.ex. som CO₂) beror på skillnaden i elektronegativitet mellan väte och syre. Elektronegativitetsvärdet för väte är 2,1, medan syreets elektronegativitet är 3,5. Ju mindre skillnaden mellan elektronegativitetsvärden, desto mer troligt kommer atomer att bilda en kovalent bindning. En stor skillnad mellan elektronegativitetsvärden ses med joniska bindningar. Väte och syre fungerar båda som icke-metaller under vanliga förhållanden, men syre är ganska lite mer elektronegativt än väte, så de två atomerna bildar en kovalent kemisk bindning, men det är polärt.

Den mycket elektronegativa syreatomen lockar till sig elektroner eller negativ laddning, vilket gör området runt syre mer negativt än områdena runt de två väteatomerna. De elektriskt positiva delarna av molekylen (väteatomerna) böjs bort från de två fyllda orbitalerna i syre. I princip lockas båda väteatomer till samma sida av syreatomen, men de är så långt ifrån varandra som de kan vara eftersom väteatomerna båda har en positiv laddning. Den böjda konformationen är en balans mellan attraktion och avstötning.

Kom ihåg att även om den kovalenta bindningen mellan varje väte och syre i vatten är polär, är en vattenmolekyl totalt sett en elektrisk neutral molekyl. Varje vattenmolekyl har 10 protoner och 10 elektron för en nettoladdning på 0.

Varför vatten är ett polärt lösningsmedel

Formen på varje vattenmolekyl påverkar hur den interagerar med andra vattenmolekyler och med andra ämnen. Vatten fungerar som ett polärt lösningsmedel eftersom det kan attraheras av antingen den positiva eller negativa elektriska laddningen på ett löst ämne. Den svaga negativa laddningen nära syreatomen lockar närliggande väteatomer från vatten eller positivt laddade regioner i andra molekyler. Den något positiva vätesidan av varje vattenmolekyl lockar andra syreatomer och negativt laddade regioner i andra molekyler. Vätebindningen mellan väte i en vattenmolekyl och syre i en annan håller vatten ihop och ger det intressanta egenskaper, men vätebindningar är inte så starka som kovalenta bindningar. Medan vattenmolekylerna lockas till varandra via vätebindning, är cirka 20% av dem fria vid varje given tidpunkt för att interagera med andra kemiska arter. Denna interaktion kallas hydrering eller upplösning.