La liaison hydrogène est une interaction dipôle-dipôle qui se produit entre des atomes hautement électronégatifs (tels que l'oxygène ou l'azote) et des atomes d'hydrogène liés à ces atomes électronégatifs. Dans l’eau, les atomes d’oxygène de la molécule sont partiellement négatifs en raison de leur forte électronégativité, tandis que les atomes d’hydrogène sont partiellement positifs. Cette polarité permet aux molécules d’eau de former de fortes liaisons hydrogène avec les molécules voisines, créant ainsi un réseau cohésif.
Les molécules d'eau à la surface subissent un déséquilibre des forces intermoléculaires. D'un côté, ils sont liés à d'autres molécules d'eau présentes dans le liquide, tandis que l'autre côté est exposé à l'air ou à un autre liquide non miscible. Les fortes liaisons hydrogène entre les molécules d’eau à la surface les rapprochent, minimisant la surface et réduisant l’interaction de l’eau avec l’environnement. Ce comportement cohésif se traduit par une tension superficielle plus élevée pour l’eau.
En revanche, le méthane est une molécule non polaire, ce qui signifie que ses électrons sont répartis uniformément et qu’il n’y a pas de différence d’électronégativité significative au sein de la molécule. En conséquence, les molécules de méthane n’ont pas la capacité de former de fortes liaisons hydrogène entre elles. Les forces intermoléculaires dans le méthane sont principalement les forces de dispersion de Londres, qui sont de faibles forces d'attraction résultant des fluctuations temporaires de la densité électronique.
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。
Par conséquent, l’absence de fortes forces intermoléculaires dans le méthane conduit à un comportement cohésif plus faible à sa surface. Les molécules de méthane subissent des forces de Van der Waals plus faibles, qui sont insuffisantes pour maintenir la surface aussi étroitement que dans le cas de l'eau. Cela se traduit par une tension superficielle plus faible pour le méthane que pour l’eau.
En résumé, la tension superficielle élevée de l’eau est une conséquence de la forte liaison hydrogène entre ses molécules, qui crée un réseau cohésif et minimise l’interaction de l’eau avec le milieu environnant. D’un autre côté, le méthane ne dispose pas de ces fortes forces intermoléculaires, ce qui entraîne une tension superficielle plus faible en raison de forces de Van der Waals plus faibles.
