水的一項重要特性就是它的極性。水分子呈角狀,當中氫原子位於末端而氧原子則在頂點。由於氧的電負度比氫高,所以分子中有氧原子的一邊電荷會偏負。帶這樣一個電荷差的分子被稱為偶極子。電荷差使得水分子互相吸引(偏正電的區域會被偏負電的區域吸引),同時亦使它們和其他極性分子互相吸引。這種吸引力被稱為氫鍵,它解釋了許多水的特性。某些分子,如二氧化碳,原子間負電性亦有差異,但不同之處在於二氧化碳分子形狀成對稱排列,因此對立電荷會被相互抵消。如果將電荷靠近小水柱時亦可觀察到水的此一現象,這現象會使水柱向電荷方向彎曲。
儘管氫鍵是一種相對較弱的引力(跟連接水分子內原子的共價鍵比較時),但是它造就了水的多個特性。其中一個特性就是水相對較高的熔點及沸點,因為需要更多能量才能夠克服分子間的氫鍵。相近的化合物硫化氫(H2S)的氫鍵較水的弱,在室溫下是氣體。水分子間額外的鍵為液態水帶來了高比熱容。這種高比熱容使水成為一種較佳的熱量儲存媒介。
(氫鍵是分子間作用力的一種,是一種永久偶極之間的作用力,氫鍵發生在已經以共價鍵與其它原子鍵結合的氫原子與另一個原子之間(X-H…Y),通常發生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子(X、Y)都是電負性較強的原子。氫鍵既可以是分子間氫鍵,也可以是分子內的。)
水的極性,水是一種良好溶劑。當離子或極性化合物進入水中,就會被水分子立刻包圍。水的相對分子質量使一個溶質分子可以被多個水分子包圍。偶極中偏負電的部分受溶質中的正電部份吸引,而偶極中的正電部分則反之亦然。
一般來說,離子分子和極性分子諸如酸,酒精,和鹽類比較容易溶解在水中,而非極性分子如脂類,油,等有機物在水中由於凡得瓦力作用而聚集。
一個離子化合物溶質的典型例子是食鹽(NaCl),它會在水中分離為Na+陽離子和Cl−陰離子,中每個被水分子包圍的離子會從晶格上移走,進入溶液。一個非離子溶質的例子是蔗糖,水的氫離子與蔗糖的-OH基結合,從而將蔗糖分子帶入溶液。
(共價鍵的極性是因為成鍵的兩個原子電負度不相同而產生的。電負度高的原子,如氟、氧及氮,比電負度低的原子更能吸引電子,即把電子「拉」向它那一方,而電子接近電負度高的原子的時間也較多,使得電荷不均勻分布。這樣形成了一組偶極,這樣的鍵就是極性鍵。電負度高的原子是負偶極,記作δ-;電負度低的原子是正偶極,記作δ+。
分子的極性對物質溶解性有很大影響。極性分子易溶於極性溶劑,非極性分子易溶於非極性溶劑,也即「同類互溶」。 蔗糖、氨等極性分子和氯化鈉等離子化合物易溶於水。具有長碳鏈的有機物,如油脂、石油的成分多不溶於水,而溶於非極性的有機溶劑。)
文獻
1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A2%E9%94%AE
2.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9E%81%E6%80%A7
