물 (h 2 o)는 모든 알려진 생활 과정에 필수적인 무색, 무취이며 맛이없는 화합물입니다. 물은 극성 분자이며, 이는 구성 전자의 고르지 않은 공간 분포로 인해 구조에 걸쳐 순 쌍극자 모멘트가 있음을 의미합니다.
물의 극성은 높은 비등점/비열 용량, 표면 장력 및 용매 기능과 같은 고유 한 물리적 특성을 설명합니다.
물의 전기 음성 및 극성
화합물의 극성은 개별 구성 화학 결합의 극성에 기인합니다. 모든 화학 요소에는 전기 음성이 있습니다. 요소의 전기성은 그 요소의 원자가 전자에 대한 "배가 고픈"척도로 볼 수 있습니다. 외부 껍질에 전자가 적은 원자는 전기 음성이 덜한 경향이 있으며 외부 쉘에 많은 전자가있는 원자는 매우 전기 음성 인 경향이 있습니다 (고귀한 가스를 제외하고는 외부 전자 쉘이 완전하여 매우 비활성입니다).
두 요소가 극성 결합을 형성 할 것인지의 여부는 해당 요소의 전기성의 상대적 차이에 달려 있습니다. 전기성이 동일하면 결합은 완전히 비극성이됩니다. 완전히 극성 결합은 전기 음성 요소로부터 전자를 취하는 전기 음성 요소를 더 많이 포함하며, 이온 결합이라고 더 적절하게 불린다. 따라서, "극성"이라는 용어는 대부분 .05–2.0 사이의 전기성 발생률의 상대적 차이를 갖는 공유 결합에 대해 주로 예약된다.
.극성 결합에서, 더 전기 음성 요소는 분자의 전자를 불평등하게 풀어 줄 것이다. 이것은 전자가 분자의 한쪽쪽으로 향하게합니다. 전자의 순 운동은 분자에서 쌍극자 모멘트를 생성하며, 양의 끝과 음성 끝입니다. 예를 들어, 물은 2 개의 수소 원자와 하나의 산소 원자로 만들어진 분자입니다. 산소는 수소보다 전기 음성이므로 원자가 결합 할 때 산소가 분자의 전자를 더 강하게 당기는 데 있습니다. 이 풀로 인해, 전자는 원자의 산소 끝을 향한 순 이동을 겪습니다. 이 움직임은 수소 끝에서 2 개의 양으로 하전 된 노드와 산소 끝에서 1 개의 음으로 하전 된 노드로 쌍극자 모멘트를 만듭니다. 전자의 고르지 못한 당김은 또한 물 분자의 기하학적 형상을 설명합니다. 결합 각인이 104.5 ° 인 구부러진 일 3 개 분자
극성과 물의 물리적 특성
물의 극성은 많은 물의 독특한 물리적 특성을 담당합니다. 먼저, 물의 극성은 용매 특성을 설명합니다. 액체 물의 샘플은 염과 같은 다수의 이온 성 화합물, 에탄올 (알코올) 및 산과 같은 많은 유기 화합물을 용해시킬 수있다. 극성 물 분자는 모든 이온이나 다른 극성 분자를 당기고 더 큰 구조와 차별화하여 용해시킵니다. 이온 성 화합물을 쉽게 용해시킬 수 있기 때문에 물은 전기의 우수한 전도체 역할을 할 수 있습니다. 일반적인 지식에도 불구하고 순수한 물 자체는 전기 도체가 좋지 않습니다. 물이 소량의 이온 성 화합물 (테이블 소금)을 용해시킬 때 전기 도체가됩니다. 거의 모든 살아있는 유기체는 생존을 위해 물의 용매 능력에 의존합니다.
물의 극성은 또한 수소 결합 라는 특별한 종류의 분자간 결합에 관여 할 수 있습니다. . 수소 결합은 수소가보다 전기 음성 요소 (예를 들어, 산소, 질소, 불소)에 결합 될 때 발생하며 다른 극성 분자 또는 고독한 전자 쌍의 존재에있을 때 발생합니다. 물 분자의 양으로 하전 된 수소 끝은 음으로 하전 된 산소 말단을 유치하여 상이한 분자의 부분 정전기 결합을 만듭니다. 단일 물의 물은 이웃 물 분자와 최대 4 개의 수소 결합에 관여 할 수 있습니다.
정전기 인력은 두 전하 체 사이의 제곱 거리에 비례하기 때문에, 수소 원자가 이웃 분자에 가까워 질수록 결합이 더 강해질 수 있습니다. 수소 원자가 너무 작기 때문에 이웃 산소 원자에 매우 가까워 질 수 있으며 비교적 강한 정전기 결합을 형성 할 수 있습니다.
물 분자 사이의 수소 결합 강도는 유사한 화학 구조 (황화수소)를 가진 다른 화합물에 비해 물의 높은 비등점 (100 ℃)을 설명한다. 수소 결합은 파손하기 위해 많은 양의 운동 에너지가 필요하며, 물의 비교적 높은 비열 용량 (4.2 j/kg)을 설명합니다. 수소 결합은 또한 물의 높은 표면 장력을 담당합니다. 물 샘플의 표면에있는 분자는 바로 위의 공기 중의 분자보다 이웃 물 분자와 더 강한 결합을 형성 할 것이다. 물 분자의 응집력은 표면에 "필름"을 생성하여 약간의 체중을지지 할 수 있습니다. 물 스트라이더와 일부 도마뱀과 같은 소수의 동물은이 높은 표면 장력을 이용하기 위해 진화했으며 실제로 물 위로 걸을 수 있습니다. 이 분자 응집력은 왜 물이 중력에 대항하여 좁은 튜브의 벽을 올라가는 경향이있는 이유를 설명합니다. 혈관 식물은이 모세관 작용을 활용하여 뿌리에서 식물의 몸으로 물을 펌핑합니다.
극성과 수소 결합은 물의 독특한 다중 제작 특성을 담당합니다. 물은 자연 조건 하에서 3 단계의 물질 (고체 액체, 가스) 모두에서 일반적으로 존재하는 것으로 알려진 유일한 화합물입니다. 물은 극성이고 수소 결합에 관여하기 때문에 광범위한 온도 및 압력 조건에 비해 상대적으로 안정적인 물리적 프로파일이 있습니다. 또한, 수소 결합의 존재는 왜 물이 팽창하는지를 설명한다 얼어 붙을 때. 모든 화합물은 냉각되면 밀도가 높지만, 일단 물이 약 4 ° C로 냉각되면 확장하기 시작합니다. 냉각 된 물 샘플에서 분자의 느린 움직임은 수소 결합이 결정질 구조로 분자를 형성하고 배열하기가 더 쉬워집니다. 결과적으로 냉동 된 물 샘플의 부피가 증가합니다 약 9%, 따라서 냉동실에서 소다 캔이 폭발하는 이유
요약하여, 물은 2 개의 수소 원자와 하나의 산소 원자로 형성된 극성 화합물이다. 더 전기 음성 산소 원자가 분자의 구성 전자를 불평등하게 풀어서 분자를 가로 질러 순 쌍극자 모멘트를 유발합니다. 물의 극성은 물의 독특한 특성을 많이 설명하고 그것이 왜 생명에 필요한 성분인지 설명합니다.
