Miksi vesimolekyyli on poolinen?

Veden polaarisuus: Miksi vesi on niin ainutlaatuista?

Vesi, H₂O, on elämän edellytys Maapallolla, ja sen ainutlaatuiset ominaisuudet juontavat juurensa molekyylin polaarisuuteen. Mutta mikä tekee vesimolekyylistä polaarisen? Vastaus piilee sen atomien sähkönegatiivisuuseroissa ja niiden vaikutuksessa molekyylin muotoon.

Happi (O) on huomattavasti elektronegatiivisempi kuin vety (H). Elektronegatiivisuus kuvaa atomin kykyä vetää elektroneja puoleensa kemiallisessa sidoksessa. Happiatomi vetää vesimolekyylissä elektroneja voimakkaammin puoleensa kuin vetyatomit. Tämä ei tarkoita, että happi vie elektroneja kokonaan vetyatomeilta, vaan että se jakaa elektroneja epätasaisesti. Happiatomi saa itselleen suuremman osan elektronitiheyttä, jolloin sen ympärille kerääntyy negatiivinen osittaisvaraus (δ⁻). Vetyatomeille jää näin ollen positiivinen osittaisvaraus (δ⁺).

Tämä epätasainen varauksen jakautuminen tekee vesimolekyylistä dipolia, eli molekyylin eri osat ovat erimerkkisesti varautuneita. Molekyylin kaareva, koukkumainen muoto korostaa tätä polaarisuutta; positiivisesti varautuneet vetyatomit ovat toisistaan erillään happiatomia vastapäätä. Tämä geometrinen järjestely on välttämätön veden polaarisuudelle. Mikäli vesimolekyyli olisi lineaarinen (vetyatomit happiatomia vastakkain), positiiviset ja negatiiviset varaukset kumoaisivat toisensa, eikä polaarisuutta syntyisi.

Veden polaarisuus on avainasemassa monien sen ainutlaatuisten ominaisuuksien ymmärtämisessä. Polaarisuus mahdollistaa vahvat vetysidokset vesimolekyylien välillä. Positiivisesti varautunut vetyatomi yhdessä vesimolekyylissä voi muodostaa sidoksen negatiivisesti varautuneen happiatomiin toisessa vesimolekyylissä. Nämä vetysidokset ovat verrattain vahvoja ja ne ovat syynä veden korkeisiin sulamis- ja kiehumispisteisiin verrattuna muihin saman kokoluokan molekyyleihin. Ne selittävät myös veden korkeaa pintajännitystä, viskositeettia ja kykyä toimia erinomaisena liuottimena monille polaarisille aineille.

Yhteenvetona voidaan todeta, että veden polaarisuus, joka johtuu hapen korkeammasta elektronegatiivisuudesta ja vesimolekyylin kaarevasta muodosta, on sen ainutlaatuisten ja elämälle välttämättömien ominaisuuksien perusta. Ilman tätä polaarisuutta maailma olisi hyvin erilainen paikka.