Waarom is water een polaire molecule?

Water is een polair molecuul en fungeert ook als een polair oplosmiddel. Wanneer wordt gezegd dat een chemische soort "polair" is, betekent dit dat de positieve en negatieve elektrische ladingen ongelijk verdeeld zijn. De positieve lading komt van de atoomkern, terwijl de elektronen de negatieve lading leveren. Het is de beweging van elektronen die de polariteit bepaalt. Hier is hoe het werkt voor water.

Polariteit van een watermolecule

Water (H₂O) is polair vanwege de gebogen vorm van het molecuul. De vorm betekent het grootste deel van de negatieve lading van de zuurstof aan de kant van het molecuul en de positieve lading van de waterstofatomen bevindt zich aan de andere kant van het molecuul. Dit is een voorbeeld van polaire covalente chemische binding. Wanneer opgeloste stoffen aan water worden toegevoegd, kunnen deze worden beïnvloed door de ladingsverdeling.

De reden dat de vorm van het molecuul niet lineair en niet-polair is (bijvoorbeeld zoals CO₂) komt door het verschil in elektronegativiteit tussen waterstof en zuurstof. De elektronegativiteitswaarde van waterstof is 2,1, terwijl de elektronegativiteit van zuurstof 3,5 is. Hoe kleiner het verschil tussen elektronegativiteitswaarden, des te waarschijnlijker zullen atomen een covalente binding vormen. Een groot verschil tussen elektronegativiteitswaarden wordt gezien met ionische bindingen. Waterstof en zuurstof werken beide als niet-metalen onder normale omstandigheden, maar zuurstof is een beetje elektronegatiever dan waterstof, dus de twee atomen vormen een covalente chemische binding, maar het is polair.

Het sterk elektronegatieve zuurstofatoom trekt elektronen of negatieve lading aan, waardoor het gebied rond de zuurstof negatiever is dan de gebieden rond de twee waterstofatomen. De elektrisch positieve delen van het molecuul (de waterstofatomen) worden weggebogen van de twee gevulde orbitalen van de zuurstof. Kortom, beide waterstofatomen worden aangetrokken tot dezelfde zijde van het zuurstofatoom, maar ze zijn zo ver van elkaar verwijderd als ze kunnen zijn omdat de waterstofatomen beide een positieve lading dragen. De gebogen conformatie is een evenwicht tussen aantrekking en afstoting.

Vergeet niet dat hoewel de covalente binding tussen elke waterstof en zuurstof in water polair is, een watermolecuul in het algemeen een elektrisch neutraal molecuul is. Elk watermolecuul heeft 10 protonen en 10 elektronen, voor een netto lading van 0.

Waarom water een polair oplosmiddel is

De vorm van elk watermolecuul beïnvloedt de manier waarop het in wisselwerking staat met andere watermoleculen en met andere stoffen. Water fungeert als een polair oplosmiddel omdat het kan worden aangetrokken door de positieve of negatieve elektrische lading van een opgeloste stof. De licht negatieve lading nabij het zuurstofatoom trekt waterstofatomen in de buurt aan uit water of positief geladen gebieden van andere moleculen. De enigszins positieve waterstofzijde van elk watermolecuul trekt andere zuurstofatomen en negatief geladen regio's van andere moleculen aan. De waterstofbinding tussen de waterstof van een watermolecuul en zuurstof van een ander houdt water bij elkaar en geeft het interessante eigenschappen, maar waterstofbindingen zijn niet zo sterk als covalente bindingen. Hoewel de watermoleculen via waterstofbinding tot elkaar worden aangetrokken, is ongeveer 20% van hen op elk moment vrij om met andere chemische soorten te interageren. Deze interactie wordt hydratatie of oplossen genoemd.