Är H2O polärt eller opolärt?

Vatten eller H2O är ett ämne som består av de kemiska grundämnena väte och syre och kan finnas i gasformiga, flytande och fasta tillstånd. Det finns i riklig mängd som ett viktigt grundämne som förekommer i många föreningar. En vanlig fråga som uppstår bland eleverna är om H2O (vatten) är polärt eller opolärt. Jag kommer därför att besvara denna fråga i detalj i den här artikeln.

Så, är H2O polärt eller opolärt? Ja, vatten (H2O) är polärt. Detta beror på vattenmolekylens böjda form på grund av vilken det finns en ojämlik laddningsfördelning över de väte- och syreatomer som ingår i vattenmolekylen. Därför har vattenmolekylen ett nettodipolmoment.

Vatten är en smaklös och luktfri vätskeförening vid rumstemperatur och har en speciell egenskap att lösa upp många andra ämnen som ett mångsidigt lösningsmedel som är nödvändigt för alla levande varelser i världen.

Vattenlösningar har varit avgörande för civilisationens uppkomst eftersom alla levande organismer är beroende av vattenlösningar, som blod och matsmältningssaft, för biologiska processer.

Vatten i små mängder verkar färglöst, men det sägs att det besitter en inneboende blå färg när det utsätts för en svag absorption av ljus vid röd våglängd.

Samtidigt som vatten är en polär molekyl kan det ha unika fysikaliska egenskaper som hög kokpunkt, specifik värmekapacitet, ytspänning och lösningsmedelsförmåga.

Här ska vi diskutera om vattnet är polärt eller opolärt, och vad som gör det till något av dem överhuvudtaget.

Vad är polära och opolära molekyler

Det finns olika typer av bindningar som förenar två eller flera atomer för att skapa molekyler av jonisk, kovalent, väte- och metallisk typ under givna förhållanden. De två mest speciella och starkaste typerna av bindningar är joniska och kovalenta bindningar.

Ioniska bindningar bildas när atomer med motsatt laddning och tecken drar till sig varandra för att skapa neutraliserade molekyler.

Kovalenta bindningar bildas i ett tillstånd där atomer kan dela elektroner för att skapa molekyler. Kovalenta bindningar kan vara en enkel-, dubbel- eller trippelbindning utifrån antalet elektroner som atomerna delar på varandra.

Kovalenta bindningar kan bilda polära eller opolära molekyler. Polära bindningar bildas när två molekyler skapas med hjälp av en kovalent bindning.

Elektrontätheten förändras också när två atomer utför delningen av elektroner mellan dem. När det finns en ojämlikhet i delningen av elektroner stiger en partiell jonladdning på atomerna.

Partikulärt sker detta när det finns en stor skillnad i värdena för elektronegativitet. På grund av bildandet av partiella jonladdningar blir molekylerna polära molekyler där ena sidan är starkt positivt laddad och andra sidan starkt negativt laddad.

Molekyler som bildas med hjälp av en likvärdig kovalent bindning för att dela elektroner, utan jonladdning och med symmetrisk delning av elektroner kallas opolära molekyler. Detta sker mellan atomer med liknande elektronegativitet.

Om det inte finns något överflöd av laddningar balanserar laddningarna varandra. Många gaser som väte, helium, syre, koldioxid och kväve är några särskilda exempel på opolära molekyler.

Är vatten (H2O) en polär eller opolär molekyl

Vatten är en polär molekyl eftersom den bildas med hjälp av en starkt elektronegativ syreatom som drar till sig ett par av väteatomerna och har en svagt negativ laddning på sig.

Polarisering av en molekyl beror till stor del på de ingående atomerna och deras arrangemang runt den centrala atomen. Polära molekyler tenderar att attrahera vattenmolekyler, särskilt genom en vätebindning.

De blir i verkligheten lösliga i vatten på grund av att de framgångsrikt konkurrerar med hjälp av vätebindningar mellan vattenmolekylerna.

Opolära grupper uppvisar inte gynnsamma chanser till deras interaktion med vatten och ingår därför inte i en vattenhaltig miljö. Detta kallas allmänt för den hydrofiska effekten.

Vattenmolekylerna utnyttjar ett gränssnitt av opolärt material för att skapa så många vätebindningar som möjligt med andra vattenmolekyler eftersom det inte finns någon möjlighet att bilda några med opolärt material.

Detta är också anledningen till att den intilliggande entropin hos vatten är mindre än hos opolära föreningar.

Vad gör vatten till en polär molekyl

Polarisering av vattenmolekyler visar på många unika fysiska egenskaper. En av de mest speciella orsakerna till att vatten är en polär molekyl är dess böjda form.

Bindningsvinkeln mellan O-H-bindningarna i H2O-molekylen är cirka 104,5 grader.

De två ensamma paren på syreatomen orsakar avstötning av det ensamma paret och bindningsparet, vilket gör att H2O:s böjda form bildas. H2O-molekylens geometriska struktur är icke-planär.

En betydande del av den svagt negativa laddningen och den positiva laddningen i vattenmolekylen stannar på andra sidan av molekylen på grund av formen.

Detta anses vara ett betydelsefullt exempel på polära kovalenta kemiska bindningar i vattenmolekyler.

Förklaringen till att tillståndet för partikeln inte är direkt och opolär (t.ex, som CO2) är ett resultat av skillnaden i elektronegativitet mellan väte och syre. Elektronegativitetsvärdet för väte är 2,1, medan elektronegativitetsvärdet för syre är 3,5.

Desto mindre kontrasten mellan elektronegativiteten förblir, desto säkrare är det att atomerna bildar en kovalent bindning. En enorm skillnad mellan elektronegativiteten söker kan realiseras med joniska bindningar.

Väte och syre visar båda egenskaper av icke-metaller under normala förhållanden, dock visar syre en avsevärd mängd mer elektronegativ än väte, så de två partiklarna strukturerar en kovalent sammansatt bindning, men den är ändå polär.

Den mycket elektronegativa syremolekylen drar till sig elektroner eller negativ laddning till den, vilket gör distriktet runt syret mer negativt än zonerna runt de två väteatomerna.

De elektriskt positiva segmenten av vätemolekylerna är böjda med syreatomens två fyllda banor.

Fundamentalt sett dras båda vätemolekylerna in till en liknande sida av syreatomen, men de är så långt ifrån varandra som de kan vara på grund av att väteatomerna båda besitter en positiv laddning.

Den böjda formen är en balans mellan attraktion och repulsion under bildandet av molekyler.

Med tanke på att den kovalenta bindningen mellan varje väte- och syreatom i vatten är polär, kan en vattenmolekyl identifieras som en elektriskt neutral molekyl.

Varje vattenmolekyl sägs ha 10 protoner och 10 elektroner, för en nettoladdning på 0.

För en mer detaljerad förståelse bör du även läsa artikeln om H2O lewisstruktur, molekylgeometri och hybridisering.

Vattnets polaritet & Dess inverkan på fysiska egenskaper

Vattnets polaritet visar många effekter på de fysiska egenskaperna hos dess molekyler, i första hand lösningsmedelsegenskaperna.

Inledningsvis förtydligar vattnets polaritet dess upplösningsbara egenskaper. Ett exempel på vatten som vätska är utrustat för att lösa upp olika joniska föreningar såsom salter, polära organiska föreningar dvs. etanol (sprit) och syror.

De polära vattenmolekylerna tillämpar ett drag på alla föreningar eller andra polära molekyler, drar dem åtskilda från sin större struktur och löser upp dem.

Då det snabbt kan bryta ner joniska föreningar kan vatten fungera som en effektiv ledare för elektricitet.

Oavsett regelbundna fakta och diskussioner identifieras rent vatten fortfarande som en ineffektiv ledare för elektricitet.

I det ögonblick då vatten bryter ner en liten mängd av en jonisk förening (som bordssalt) förvandlas det dock till en elektrisk ledare. Nästan alla levande varelser är beroende av vattnets upplösningsförmåga för att klara sig.

Vattnets polaritet gör det dessutom möjligt för det att delta i en exceptionell sorts intermolekylär egenskap för att skapa bindningar som kallas vätehållning.

Vätebindningar bildas när vätgasen är knuten till ett progressivt elektronenegativt element som syre, kväve, fluor och befinner sig inom synhåll för en annan polar molekyl eller ett enda elektronpar.

Vattenmolekylers positivt laddade vätebindning drar in det negativt laddade syret och bildar en partiell elektrostatisk bindning mellan olika vattenmolekyler.

En enskild vattenmolekyl kan delta i upp till fyra vätebindningar med angränsande vattenmolekyler.

Då den elektrostatiska dragningskraften mellan två laddade kroppar är proportionell mot det kvadrerade avståndet mellan dem, ökar styrkan i bindningarna ju närmare en väteatom kommer en angränsande vattenmolekyl mer.

Då väteatomer är små kan de komma mycket nära de närliggande syreatomerna och bilda generellt sett fasta elektrostatiska bindningar.

Slutsats

Alla vattenmolekyler drar till sig andra molekyler på grund av deras motsatta laddningar och polära molekyler eller joner som består av olika biomolekyler som sockerarter, nukleinsyror och vissa aminosyror.

En polär molekyl engagerar sig interaktivt med vatten eller löser sig i det, sådana molekyler kallas hydrofila.

Opolära molekyler, å andra sidan, är inte lika interaktiva med vatten utan håller dem åtskilda och löser sig i stället i vatten, vilket kallas hydrofoba molekyler.

Då vatten är en förening som bildas i sammansättningen av två väteatomer och en syreatom, gör dess mer elektronegativa syreatom det till en polär molekyl och den uppvisar en asymmetrisk dragningskraft på molekylens deltagande elektroner.

Vattnets flerstegsbeteende är särskilt standardiserat av polariteten och vätebindningarna. Det är den enda kända föreningen som existerar i alla tre materiens tillstånd, nämligen fast, flytande och gasform, även i standardmiljön.

Då vatten är en polär molekyl, uppvisar den Vätgasbindningar med en relativt stabil fysisk existens i ett omfattande intervall av temperatur- och tryckförhållanden.

För övrigt visar förekomsten av vätebindningar hur vatten uppvisar volymexpansion när det omvandlas till is eller sold form genom frysningsprocessen.

De flesta föreningar uppvisar en ökad densitet när de omvandlas till en fast form genom att frysas genom nedkylning, men i vattnets fall efter att ha kylts ner till 4 grader C, börjar det expandera sig självt.

Som rörliga vattenmolekyler sjunker gör bildandet av vätebindningar enklare och ordnar föreningens molekyler i en kristallin struktur.

Vi kan dra slutsatsen att volymen av ett prov av stelnat vatten expanderar med cirka 9 %, vilket innebär att en läskburk eventuellt exploderar när den förvaras i frysen.

Som vi diskuterat i de tidigare avsnitten visar dess polaritet på dess unika och speciella egenskaper, som också skapar många fördelaktiga effekter för levande varelser.