يمكن للجزيئات القطبية التي تحتوي على ذرة هيدروجين أن تشكل روابط كهروستاتيكية تسمى روابط الهيدروجين. ذرة الهيدروجين فريدة من نوعها من حيث أنها تتكون من إلكترون واحد حول بروتون واحد. عندما ينجذب الإلكترون إلى الذرات الأخرى في الجزيء ، ينتج عن الشحنة الموجبة للبروتون المكشوف استقطاب جزيئي.
تسمح هذه الآلية لهذه الجزيئات بتكوين روابط هيدروجينية قوية فوق الروابط التساهمية والأيونية التي تشكل أساس معظم المركبات. يمكن أن تعطي الروابط الهيدروجينية للمركبات خصائص خاصة ويمكن أن تجعل المواد أكثر ثباتًا من المركبات التي لا تستطيع تكوين روابط هيدروجينية.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
الجزيئات القطبية التي تحتوي على ذرة هيدروجين في رابطة تساهمية لها شحنة سالبة على أحد طرفي الجزيء وشحنة موجبة على الطرف المقابل. يهاجر الإلكترون المفرد من ذرة الهيدروجين إلى الذرة الأخرى المرتبطة تساهميًا ، تاركًا بروتون الهيدروجين موجب الشحنة مكشوفًا. ينجذب البروتون إلى الطرف المشحون سالبًا للجزيئات الأخرى ، مكونًا رابطة إلكتروستاتيكية مع أحد الإلكترونات الأخرى. تسمى هذه الرابطة الكهروستاتيكية برابطة هيدروجينية.
كيف تتكون الجزيئات القطبية
في الروابط التساهمية ، تشترك الذرات في الإلكترونات لتشكيل مركب مستقر. في الروابط التساهمية غير القطبية ، يتم تقاسم الإلكترونات بالتساوي. على سبيل المثال ، في رابطة الببتيد غير القطبية ، يتم تقاسم الإلكترونات بالتساوي بين ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل الكربوني والأكسجين وذرة النيتروجين في مجموعة أميد النيتروجين والهيدروجين.
بالنسبة للجزيئات القطبية ، تميل الإلكترونات المشتركة في رابطة تساهمية إلى التجمع على جانب واحد من الجزيء بينما يصبح الجانب الآخر مشحونًا بشكل إيجابي. تهاجر الإلكترونات لأن إحدى الذرات لها تقارب أكبر للإلكترونات من الذرات الأخرى في الرابطة التساهمية. على سبيل المثال ، في حين أن رابطة الببتيد نفسها غير قطبية ، فإن بنية البروتين المرتبط بها تكون مستحقة إلى الروابط الهيدروجينية بين ذرة الأكسجين لمجموعة الكاربونيل وذرة الهيدروجين في الأميد مجموعة.
تزاوج التكوينات النموذجية للرابطة التساهمية بين الذرات التي تحتوي على عدة إلكترونات في غلافها الخارجي مع الذرات التي تحتاج إلى نفس العدد من الإلكترونات لإكمال غلافها الخارجي. تشترك الذرات في الإلكترونات الإضافية من الذرة السابقة ، ولكل ذرة غلاف إلكترون خارجي كامل لبعض الوقت.
غالبًا ما تجذب الذرة التي تحتاج إلى إلكترونات إضافية لإكمال غلافها الخارجي الإلكترونات بقوة أكبر من الذرة التي توفر الإلكترونات الإضافية. في هذه الحالة ، لا تتم مشاركة الإلكترونات بالتساوي ، وتقضي وقتًا أطول مع الذرة المستقبلة. نتيجة لذلك ، تميل الذرة المستقبلة إلى أن يكون لها شحنة سالبة بينما يتم شحن ذرة المانح بشكل إيجابي. هذه الجزيئات مستقطبة.
كيف تتشكل روابط الهيدروجين
غالبًا ما تكون الجزيئات التي تحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة تساهميًا مستقطبة لأن الإلكترون الفردي لذرة الهيدروجين يتم تثبيته بشكل غير محكم نسبيًا. ينتقل بسهولة إلى الذرة الأخرى للرابطة التساهمية ، تاركًا البروتون المفرد الموجب الشحنة لذرة الهيدروجين على جانب واحد.
عندما تفقد ذرة الهيدروجين إلكترونها ، يمكنها تكوين رابطة إلكتروستاتيكية قوية لأنه ، على عكس الذرات الأخرى ، لم يعد لديها أي إلكترونات تحمي الشحنة الموجبة. ينجذب البروتون إلى إلكترونات الجزيئات الأخرى ، وتسمى الرابطة الناتجة رابطة الهيدروجين.
روابط الهيدروجين في الماء
جزيئات الماء ، بالصيغة الكيميائية H2O ، مستقطبة وتشكل روابط هيدروجينية قوية. تشكل ذرة الأكسجين الفردية روابط تساهمية مع ذرتي الهيدروجين ولكنها لا تشترك في الإلكترونات بالتساوي. يقضي إلكترونا الهيدروجين معظم وقتهما مع ذرة الأكسجين ، والتي تصبح سالبة الشحنة. تصبح ذرتا الهيدروجين بروتونات موجبة الشحنة وتشكلان روابط هيدروجينية مع الإلكترونات من ذرات الأكسجين لجزيئات الماء الأخرى.
نظرًا لأن الماء يشكل هذه الروابط الإضافية بين جزيئاته ، فإن له العديد من الخصائص غير العادية. الماء له توتر سطحي قوي بشكل استثنائي ، وله نقطة غليان عالية بشكل غير عادي ويتطلب الكثير من الطاقة للتحول من الماء السائل إلى بخار. هذه الخصائص نموذجية للمواد التي تشكل الجزيئات المستقطبة لها روابط هيدروجينية.