Εξηγήστε πώς θα μπορούσαν τα αξιοθέατα μεταξύ των μορίων να προκαλέσουν το νερό να έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από το διοξείδιο του άνθρακα;

Το νερό έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από το διοξείδιο του άνθρακα λόγω της αντοχής των διαμοριακών δυνάμεων μεταξύ των μορίων του νερού σε σύγκριση με τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Το σημείο βρασμού μιας ουσίας είναι η θερμοκρασία στην οποία η πίεση του ατμού ισούται με την πίεση που περιβάλλει το υγρό και η ουσία αλλάζει σε ατμό. Όσο ισχυρότερες είναι οι διαμοριακές δυνάμεις, τόσο περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για να τις σπάσει και να μετατρέψει το υγρό σε ατμό και επομένως όσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού.

Στην περίπτωση του νερού, η διαμοριακή δύναμη είναι η δέσμευση υδρογόνου. Η δέσμευση υδρογόνου είναι μια αλληλεπίδραση διπολικού-διπολικού που εμφανίζεται μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου που συνδέεται ομοιοπολικά με ένα πολύ ηλεκτροαρνητικό άτομο (όπως οξυγόνο, άζωτο ή φθορίνη) και ένα άλλο ηλεκτροαρνητικό άτομο. Στο νερό, τα άτομα υδρογόνου συνδέονται ομοιοπολικά με τα άτομα οξυγόνου και τα άτομα οξυγόνου είναι εξαιρετικά ηλεκτροαρνητικά, δημιουργώντας έναν ισχυρό δεσμό υδρογόνου μεταξύ των μορίων νερού. Αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου δημιουργούν ένα δίκτυο αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων του νερού, απαιτώντας περισσότερη ενέργεια για να τα σπάσει και να μετατρέψει το νερό σε ατμό, με αποτέλεσμα ένα υψηλότερο σημείο βρασμού.

Από την άλλη πλευρά, τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα είναι μη πολικά, που σημαίνει ότι δεν έχουν σημαντική διπολική στιγμή. Η διαμοριακή δύναμη μεταξύ των μορίων διοξειδίου του άνθρακα είναι οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου, οι οποίες είναι αδύναμες δυνάμεις van der Waals που προκύπτουν από τις προσωρινές διακυμάνσεις της κατανομής των ηλεκτρονίων. Οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου είναι πολύ πιο αδύναμες από τους δεσμούς υδρογόνου, οπότε απαιτεί λιγότερη ενέργεια για να τους σπάσει και να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε ατμό, με αποτέλεσμα ένα χαμηλότερο σημείο βρασμού.

Ως εκ τούτου, η ισχυρότερη δέσμευση υδρογόνου στο νερό σε σύγκριση με τις ασθενέστερες δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου στο διοξείδιο του άνθρακα είναι αυτό που προκαλεί το νερό να έχει υψηλότερο σημείο βρασμού από το διοξείδιο του άνθρακα.