Hvorfor vann danner hydrogenbindinger?

Det er to forskjellige kjemiske bindinger som er tilstede i vann. De kovalente bindinger mellom oksygen- og hydrogenatomer skyldes en deling av elektroner. Dette er det som holder vannmolekylene seg sammen. Den hydrogenbinding er den kjemiske bindingen mellom vannmolekylene som holder massen av molekylene sammen. En dråpe av fallende vann er en gruppe av vannmolekyler som holdes sammen av hydrogenbindinger mellom molekylene.

Hydrogen Bonding i flytende vann

Hydrogenbindinger er relativt svake, men siden det er så mange av dem til stede i vann, og de bestemmer dens kjemiske egenskaper i stor grad. Disse obligasjonene er først og fremst de elektriske attraksjoner mellom positivt ladede hydrogenatomer og negativt ladede oksygenatomer. I flytende vann vannmolekylene har nok energi til å holde dem vibrerende og flytte rundt kontinuerlig. Hydrogenbindinger er stadig forming og bryte, bare for å danne en gang. Hvis en kjele med vann på komfyren er oppvarmet, vannmolekylene bevege seg raskere etter hvert som de absorberer mer varmeenergi. Jo varmere væske, jo mer molekylene beveger seg. Når molekyler absorberer nok energi, de på overflaten bryte inn i den gassformige fase av damp. Det er ingen hydrogenbinding i vanndamp. De strømførende molekyler flyter rundt uavhengig av hverandre, men som de kjøle seg ned, de mister energi. Ved kondensering, blir vannmolekylene tiltrukket av hverandre, og hydrogenbindinger igjen dannes i den flytende fase.

Hydrogen Bonding i Ice

Is er en veldefinert struktur, i motsetning til vann i væskefasen. Hvert molekyl er omgitt av fire vannmolekyler som danner hydrogenbindinger. Som de polare vannmolekyler danne iskrystaller, må de orientere seg i en oppstilling som et tredimensjonalt gitter. Det er mindre energi og dermed mindre frihet til å vibrere eller flytte rundt. Når de ordne seg slik at deres attraktive og frastøtende avgifter er balansert, hydrogenbindingene satt opp på denne måten før isen absorberer varme og smelter. Vannmolekylene i is ikke er pakket så tett sammen som de er i flytende vann. Siden de er mindre tett i denne faste fase, flyter is i vann.

Vann som løsemiddel

I vannmolekyler oksygenatomet tiltrekker de negativt ladede elektroner sterkere enn hydrogen. Dette gir vannet en asymmetrisk fordeling av ladningen slik at det er et polart molekyl. Vannmolekyler har både positivt og negativt ladede ender. Denne polariteten gjør at vannet oppløse mange stoffer som også har polaritet eller en ujevn fordeling av kostnader. Når en ionisk eller polar forbindelse blir utsatt for vann, vannmolekyler omgir den. Siden vannmolekylene er små, kan mange av dem omslutter et molekyl av det oppløste stoff og danne hydrogenbindinger. På grunn av tiltrekning, kan vannmolekylene trekke de oppløste molekylene fra hverandre, slik at det oppløste materiale løses opp i vann. Vann er den "universelle løsemiddel" fordi det løser opp flere stoffer enn noen annen væske. Dette er en meget viktig biologisk egenskap.

Vannets fysiske egenskaper

Vann nettverk av hydrogenbindinger gir det en sterk samhørighet og overflatespenning. Dette er tydelig når vann slippes på vokspapir. Vanndråpene vil danne perler siden voksen er ikke-oppløselig. Denne tiltrekning er laget av hydrogenbinding holder vann i væskefase over et vidt temperaturområde. Energien som kreves for å bryte hydrogenbindingene fører vann til å ha en høy fordampningsvarme, slik at det tar en stor mengde energi for å omdanne vann i væskeform inn i sin gassfase, vanndamp. På grunn av dette, svette fordampning - som brukes som et kjølesystem av mange pattedyr - er effektiv fordi en stor varmemengde som må frigjøres fra et dyrs kropp for å bryte hydrogenbindingene mellom vannmolekyler.

Hydrogen Bonding I Biosystems

Vann er en allsidig molekyl. Den kan hydrogen-binding til seg selv og også til andre molekyler som har OH eller NH2-radikaler som er knyttet til dem. Dette er viktig i mange biokjemiske reaksjoner. Dens egenskaper har lagt forholdene til rette for liv på denne planeten. En stor mengde varme er nødvendig for å heve vanntemperaturen en grad. Dette gjør at havene til å lagre enorme mengder varme og moderate jordens klima. Vann utvider seg når det fryser, som har tilrettelagt forvitring og erosjon på geologiske strukturer. Det faktum at isen har mindre tetthet enn vann i væskeform gjør det mulig for isen å flyte på dammer. Det øverste nivå av vann kan fryse og beskytte mange livsformer, som kan overleve vinteren dypere i vannet.