Il legame idrogeno è un'interazione dipolo-dipolo che si verifica tra atomi altamente elettronegativi (come ossigeno o azoto) e atomi di idrogeno legati a questi atomi elettronegativi. Nell'acqua, gli atomi di ossigeno nella molecola sono parzialmente negativi a causa della loro elevata elettronegatività, mentre gli atomi di idrogeno sono parzialmente positivi. Questa polarità consente alle molecole d'acqua di formare forti legami idrogeno con le molecole vicine, creando una rete coesa.
Le molecole d'acqua in superficie sperimentano uno squilibrio di forze intermolecolari. Da un lato sono legati ad altre molecole d'acqua all'interno del liquido, mentre l'altro lato è esposto all'aria o ad un altro liquido immiscibile. I forti legami idrogeno tra le molecole d'acqua in superficie le avvicinano, minimizzando l'area superficiale e riducendo l'interazione dell'acqua con l'ambiente circostante. Questo comportamento coesivo si traduce in una maggiore tensione superficiale per l'acqua.
Al contrario, il metano è una molecola non polare, il che significa che i suoi elettroni sono distribuiti uniformemente e non vi è alcuna differenza significativa di elettronegatività all’interno della molecola. Di conseguenza, le molecole di metano non hanno la capacità di formare forti legami idrogeno tra loro. Le forze intermolecolari nel metano sono principalmente forze di dispersione di London, che sono deboli forze attrattive derivanti dalle fluttuazioni temporanee della densità elettronica.
由于甲烷分子之间的范德华力较弱,甲烷的表面张力小于水.
Pertanto, l’assenza di forti forze intermolecolari nel metano porta ad un comportamento coesivo più debole sulla sua superficie. Le molecole di metano subiscono forze di van der Waals più deboli, che non sono sufficienti a tenere insieme la superficie così saldamente come nel caso dell'acqua. Ciò si traduce in una tensione superficiale inferiore per il metano rispetto all’acqua.
In sintesi, l’elevata tensione superficiale dell’acqua è una conseguenza del forte legame idrogeno tra le sue molecole, che crea una rete coesa e minimizza l’interazione dell’acqua con l’ambiente circostante. D'altra parte, il metano è privo di queste forti forze intermolecolari, il che porta ad una tensione superficiale inferiore a causa delle forze di van der Waals più deboli.
