Warum ist Wasser ein polares Molekül?

Wasser ist ein polares Molekül und wirkt auch als polares Lösungsmittel. Wenn eine chemische Spezies als "polar" bezeichnet wird, bedeutet dies, dass die positiven und negativen elektrischen Ladungen ungleich verteilt sind. Die positive Ladung kommt vom Atomkern, während die Elektronen die negative Ladung liefern. Es ist die Bewegung der Elektronen, die die Polarität bestimmt. So funktioniert es mit Wasser.

Polarität eines Wassermoleküls

Wasser (H₂O) ist wegen der gebogenen Form des Moleküls polar. Die Form bedeutet, dass der größte Teil der negativen Ladung des Sauerstoffs auf der Seite des Moleküls und die positive Ladung der Wasserstoffatome auf der anderen Seite des Moleküls liegt. Dies ist ein Beispiel für eine polare kovalente chemische Bindung. Wenn gelöste Stoffe zu Wasser gegeben werden, können sie durch die Ladungsverteilung beeinträchtigt werden.

Der Grund, warum die Form des Moleküls nicht linear und unpolar ist (z. B. wie bei CO₂) liegt an der Elektronegativitätsdifferenz zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Der Elektronegativitätswert von Wasserstoff beträgt 2,1, während die Elektronegativität von Sauerstoff 3,5 beträgt. Je kleiner der Unterschied zwischen den Elektronegativitätswerten ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass Atome eine kovalente Bindung eingehen. Ein großer Unterschied zwischen den Elektronegativitätswerten wird bei Ionenbindungen beobachtet. Wasserstoff und Sauerstoff wirken unter normalen Bedingungen beide als Nichtmetalle, aber Sauerstoff ist einiges elektronegativer als Wasserstoff, sodass die beiden Atome eine kovalente chemische Bindung eingehen, die jedoch polar ist.

Das stark elektronegative Sauerstoffatom zieht Elektronen oder negative Ladungen an, wodurch der Bereich um den Sauerstoff herum negativer wird als die Bereiche um die beiden Wasserstoffatome. Die elektrisch positiven Teile des Moleküls (die Wasserstoffatome) werden von den beiden gefüllten Orbitalen des Sauerstoffs weggebogen. Grundsätzlich werden beide Wasserstoffatome von der gleichen Seite des Sauerstoffatoms angezogen, aber sie sind so weit voneinander entfernt wie möglich, da beide Wasserstoffatome eine positive Ladung tragen. Die gebogene Konformation ist ein Gleichgewicht zwischen Anziehung und Abstoßung.

Denken Sie daran, dass, obwohl die kovalente Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser polar ist, ein Wassermolekül insgesamt ein elektrisch neutrales Molekül ist. Jedes Wassermolekül hat 10 Protonen und 10 Elektronen, bei einer Nettoladung von 0.

Warum Wasser ein polares Lösungsmittel ist

Die Form jedes Wassermoleküls beeinflusst die Art und Weise, wie es mit anderen Wassermolekülen und anderen Substanzen in Wechselwirkung tritt. Wasser wirkt als polares Lösungsmittel, da es von der positiven oder negativen elektrischen Ladung eines gelösten Stoffes angezogen werden kann. Die geringfügig negative Ladung in der Nähe des Sauerstoffatoms zieht in der Nähe befindliche Wasserstoffatome aus Wasser oder positiv geladenen Bereichen anderer Moleküle an. Die leicht positive Wasserstoffseite jedes Wassermoleküls zieht andere Sauerstoffatome und negativ geladene Regionen anderer Moleküle an. Die Wasserstoffbindung zwischen dem Wasserstoff eines Wassermoleküls und dem Sauerstoff eines anderen hält das Wasser zusammen und verleiht ihm interessante Eigenschaften. Wasserstoffbindungen sind jedoch nicht so stark wie kovalente Bindungen. Während sich die Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen anziehen, können zu jedem Zeitpunkt etwa 20% von ihnen mit anderen chemischen Spezies interagieren. Diese Wechselwirkung wird als Hydratation oder Auflösung bezeichnet.