Kepolaran dan air

Air (18 g/mol) mendidih pada 100 °C. Metana (16 g/mol), yang hampir sama beratnya, mendidih pada sekitar −161.5 °C.

Gosokkan sisir plastik ke rambutmu lalu dekatkan ke aliran tipis air keran. Aliran air itu membelok ke arah sisir. Coba hal yang sama dengan aliran minyak goreng, dan hampir tidak terjadi apa-apa. Molekul air punya ujung positif dan ujung negatif, dan sisir yang bermuatan menariknya. Muatan yang tidak seimbang itu disebut kepolaran, dan inilah yang menjelaskan banyak hal tentang mengapa air berperilaku sangat berbeda dari molekul kecil lainnya.

Ikatan polar

Dalam ikatan kovalen antara dua atom yang berbeda, atom yang lebih elektronegatif menarik pasangan elektron bersama lebih dekat. Keelektronegatifan oksigen 3.44 dan hidrogen 2.20, jadi dalam setiap ikatan O-H elektron lebih lama berada di dekat oksigen. Oksigen membawa muatan negatif kecil, ditulis δ−, dan setiap hidrogen membawa muatan positif kecil, δ+. Ikatan itu polar. Ikatan antara atom-atom yang sama, seperti dalam H₂, O₂, atau Cl₂, selisihnya nol dan bersifat nonpolar. Ikatan C-H, dengan selisih 0.35, biasanya dianggap hampir nonpolar.

Bentuk menentukan apakah molekul polar

Molekul bisa punya ikatan polar tetapi tetap nonpolar secara keseluruhan. Karbon dioksida punya dua ikatan C=O yang sangat polar, tetapi molekulnya berupa garis lurus, sehingga kedua tarikan itu tepat berlawanan arah dan saling meniadakan, seperti dua regu yang sama kuat dalam lomba tarik tambang. Keempat ikatan metana yang sedikit polar mengarah ke sudut-sudut tetrahedron dan juga saling meniadakan. Air bengkok. Kedua tarikan O-H-nya sama-sama sebagian mengarah ke oksigen dan tidak saling meniadakan, sehingga seluruh molekul punya sisi negatif di oksigen dan sisi positif di antara kedua hidrogen. Amonia, yang berbentuk piramida, polar karena alasan yang sama.

Ikatan hidrogen

Hidrogen δ+ pada satu molekul air tertarik ke pasangan elektron bebas pada oksigen molekul tetangganya. Tarikan antarmolekul ini disebut ikatan hidrogen. Ikatan ini jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen O-H di dalam molekul, tetapi setiap molekul air bisa membentuk beberapa ikatan hidrogen, dan bersama-sama ikatan itu menyatukan air cair dengan kuat. Untuk mendidihkan air, jaringan ini harus diputus. Itulah sebabnya air mendidih pada 100 °C, sedangkan metana, yang massanya hampir sama tetapi nonpolar, mendidih pada sekitar −161.5 °C.

Ikatan hidrogen juga menjelaskan mengapa es mengapung. Saat air membeku, setiap molekul terkunci dalam empat ikatan hidrogen yang tersusun mengikuti arah tetrahedral oksigen, sehingga terbentuk kerangka terbuka yang berongga. Karena itu es kurang rapat daripada air cair, sekitar 0.92 g/cm³ dibandingkan sekitar 1.00 g/cm³. Danau membeku dari atas ke bawah, dan lapisan es menahan panas air di bawahnya.

Kepolaran juga menentukan zat apa larut dalam zat apa. Air yang polar melarutkan garam dan gula, yang ion dan gugus polarnya tertarik ke molekul air. Minyak tersusun dari rantai panjang karbon dan hidrogen yang hampir nonpolar, sehingga molekul air lebih suka menempel satu sama lain daripada ke minyak, dan keduanya terpisah. Kimiawan meringkasnya sebagai "like dissolves like": zat yang mirip melarutkan zat yang mirip.

Selisih keelektronegatifan memberi semacam tangga kasar dari satu jenis ikatan ke jenis berikutnya. Selisih nol, seperti dalam Cl-Cl, adalah ikatan kovalen murni. Selisih kecil, seperti 0.35 pada C-H, hampir nonpolar. Selisih sedang, seperti 1.24 pada O-H, menghasilkan ikatan kovalen polar. Mulai sekitar 2 ke atas, seperti 2.23 pada Na-Cl, elektron praktis berpindah tangan dan ikatannya disebut ikatan ion. Ikatan bergeser di sepanjang tangga ini, bukan melompat antarkotak, jadi label di dekat batas sebagian hanya soal kesepakatan.