许多人都有这样的经验,在常温状态下,无论是你将油倒入水里,还是把水倒进油中,它们并不会互相融合成为某种稀释的溶液,而是很快地分开,形成一个明显的界面。这究竟是为什么呢?
有人说,这是因为油比水轻呀!所以油就浮在水的上面。这显然站不住脚,因为酒精也比水轻,但它能与水完全溶合;同时尽管绝大多数的油密度低于水,但这却不是二者互不相溶的真正原因。从科学的角度来看,两种液体是否相溶与它们的比重无关,而与它们的分子极性密切相关。
利用水油分层制成的液体“沙漏”,有颜色的是水
分子之间的力液体分子之间通常存在两种相互作用力:范德华力和氢键,这两种力使分子之间相互吸引又保持一定的距离,它们是由分子的化学电性质决定的。
我们知道分子内部各原子之间通常以共价键或离子键相结合,这是由原子之间电子的共享与交换引起的力,这种电磁力通常比较强、作用距离也很短,你要是想把一个分子拆开来需要消耗比较大的能量。
分子与分子之间的范德华力是弱化学力中最弱的一种,其强度在0.4~4kJ/mol之间。当两个原子间距离大于0.6nm时,我们不足以观察到范德华力;同样,当原子间距离小于0.4nm时,力就会排斥。
壁虎是依靠范德华力在墙壁上爬行的
水由氢和氧原子组成。当氢(H)原子与氧(O)、氮(N)或氟(F)结合时,氢唯一的一个电子会与它们形成共价键,这时候氢原子的电子由于被O、N或F吸引而稍稍“跑偏”,导致氢原子这一端呈现更多的正电性(氢原子核带正电);与之相对应地,分子的另一端会因为吸引电子的能力更强而显示出负电。分子对外显示出比较强的电极性,分子与分子之间会因为电极性的不同而相互吸引。
水分子间通过强大的氢键连接
氢键的极性很强,当分子之间通过氢键相互吸引时,它的能量通常比范德华力要大许多倍。这正是水相比于其它液体拥有多种独特性质的原因。