Miksi vesi on poolinen aine?

Veden polaarisuus: Miksi vesi on niin ainutlaatuista?

Vesi, elämän edellytys, ei ole mikään tavallinen neste. Sen poikkeukselliset ominaisuudet, kuten korkea kiehumispiste, korkea pintajännitys ja erinomainen liuotinkykky, juontavat juurensa sen ainutlaatuiseen molekyylirakenteeseen ja erityisesti sen polaarisuuteen. Mutta miksi vesi on polaarista?

Vastaus piilee vesimolekyylin (H₂O) kahden eri atomin, vedyn ja hapen, välisessä sähköisessä vuorovaikutuksessa. Happiatomi on huomattavasti elektronegatiivisempi kuin vetyatomi. Elektronegatiivisuus kuvaa atomin kykyä vetää puoleensa elektroneja kemiallisessa sidoksessa. Happi vetää siten yhteisiä elektroneja itseensä vahvemmin kuin vetyatomit. Tämä ei ole tasapainoinen jakautuminen: elektronit viettävät enemmän aikaa hapen lähellä kuin vedyn lähellä.

Tämän seurauksena happiatomin ympärille muodostuu osittainen negatiivinen varaus (δ-), kun taas kunkin vetyatomin ympärille muodostuu osittainen positiivinen varaus (δ+). Molekyyli on siis kuin pieni dipoli, jolla on erillinen negatiivinen ja positiivinen pää. Tätä kutsutaan polaarisuudeksi. Veden polaarisuus ei tarkoita, että molekyyli olisi kokonaan positiivinen tai negatiivinen, vaan että sen varauksen jakautuminen on epätasainen.

Veden polaarisuus on avainasemassa monien sen ainutlaatuisien ominaisuuksien takana. Se mahdollistaa erityisesti vetysidosten muodostumisen vesimolekyylien välille. Osittain positiivinen vetyatomi yhdessä vesimolekyylissä voi muodostaa sidoksen osittain negatiivisen happiatomin kanssa toisessa vesimolekyylissä. Nämä vetysidokset ovat suhteellisen heikkoja yksittäin, mutta niiden suuri määrä vesiliuoksessa tekee niistä kollektiivisesti voimakkaan vaikutuksen.

Vetysidokset ovat syynä veden korkeaan sulamis- ja kiehumispisteeseen. Energiaa tarvitaan näiden sidosten rikkomiseen, jotta vesi voi siirtyä kiinteästä olomuodosta nesteeksi tai nesteestä kaasuksi. Ilman vetysidoksia vesi olisi huoneenlämmössä kaasu.

Yhteenvetona voidaan todeta, että veden polaarisuus, joka johtuu hapen ja vedyn elektronegatiivisuuserosta, on perustavanlaatuista sen ainutlaatuisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien kannalta. Tämä polaarisuus mahdollistaa vetysidosten muodostumisen, mikä puolestaan selittää veden korkeat sulamis- ja kiehumispisteet sekä monet muut elämälle välttämättömät ominaisuudet. Ilman veden polaarisuutta maailmamme olisi hyvin erilainen paikka.