ما الذي يسبب ارتباط الهيدروجين؟

يعتبر الارتباط الهيدروجيني موضوعًا مهمًا في الكيمياء ، وهو يدعم سلوك العديد من المواد التي نتفاعل معها على أساس يومي ، وخاصة الماء. يعد فهم الروابط الهيدروجينية وسبب وجودها خطوة مهمة في فهم الترابط بين الجزيئات والكيمياء بشكل عام. تحدث الرابطة الهيدروجينية في النهاية بسبب الاختلاف في صافي الشحنة الكهربائية في بعض أجزاء جزيئات معينة. تجذب هذه المقاطع المشحونة جزيئات أخرى لها نفس الخصائص.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

يحدث الترابط الهيدروجيني بسبب ميل بعض الذرات في الجزيئات لجذب الإلكترونات أكثر من الذرة المصاحبة لها. هذا يعطي الجزيء عزمًا ثنائي القطب دائم - يجعله قطبيًا - لذا فهو يعمل كمغناطيس ويجذب الطرف المقابل للجزيئات القطبية الأخرى.

تؤدي خاصية الكهربية في النهاية إلى الترابط الهيدروجيني. عندما ترتبط الذرات ببعضها البعض تساهميًا ، فإنها تشترك في الإلكترونات. في مثال ممتاز على الترابط التساهمي ، يتم تقاسم الإلكترونات بالتساوي ، لذلك تكون الإلكترونات المشتركة في منتصف المسافة تقريبًا بين ذرة وأخرى. ومع ذلك ، هذا هو الحال فقط عندما تكون الذرات فعالة بنفس القدر في جذب الإلكترونات. تُعرف قدرة الذرات على جذب الإلكترونات الرابطة بالسلبية الكهربية ، لذلك إذا كانت الإلكترونات مشتركة بين الذرات بنفس القدرة الكهربية ، تكون الإلكترونات في منتصف المسافة تقريبًا بينهما في المتوسط ​​(لأن الإلكترونات تتحرك بشكل متواصل).

إذا كانت إحدى الذرات أكثر كهرسلبية من الأخرى ، فإن الإلكترونات المشتركة تكون أكثر جذبًا لتلك الذرة. ومع ذلك ، فإن الإلكترونات مشحونة ، لذلك إذا كانت أكثر عرضة للتجمع حول ذرة واحدة من الأخرى ، فإن هذا يؤثر على توازن شحنة الجزيء. بدلاً من أن تكون محايدة كهربائيًا ، تكتسب الذرة الأكثر كهربيًا شحنة سالبة صافية طفيفة. على العكس من ذلك ، تنتهي الذرة الأقل كهرسلبية بشحنة موجبة طفيفة. ينتج عن هذا الاختلاف في الشحنة جزيء له ما يسمى بعزم ثنائي القطب الدائم ، وغالبًا ما تسمى هذه الجزيئات بالجزيئات القطبية.

الجزيئات القطبية لها قسمان مشحونان داخل هيكلها. بالطريقة نفسها التي تجذب بها النهاية الإيجابية للمغناطيس الطرف السالب لمغناطيس آخر ، يمكن أن تجذب الأطراف المقابلة لجزيئين قطبين بعضهما البعض. تسمى هذه الظاهرة الترابط الهيدروجيني لأن الهيدروجين أقل كهرسلبية من الجزيئات التي يرتبط بها غالبًا مثل الأكسجين أو النيتروجين أو الفلور. عندما تقترب نهاية الهيدروجين للجزيء بشحنة موجبة صافية من الأكسجين أو النيتروجين أو الفلور أو نهاية كهربية أخرى ، تكون النتيجة جزيء جزيء الرابطة (رابطة بين الجزيئات) ، والتي تختلف عن معظم أشكال الترابط الأخرى التي تواجهها في الكيمياء ، وهي مسؤولة عن بعض الخصائص الفريدة لمختلف مواد.

الروابط الهيدروجينية أقل قوة بحوالي 10 مرات من الروابط التساهمية التي تربط الجزيئات الفردية معًا. يصعب كسر الروابط التساهمية لأن القيام بذلك يتطلب الكثير من الطاقة ، لكن الروابط الهيدروجينية ضعيفة بما يكفي للكسر بسهولة نسبيًا. في السائل ، هناك الكثير من الجزيئات تتصارع ، وتؤدي هذه العملية إلى تكسر الروابط الهيدروجينية وإعادة تشكيلها عندما تكون الطاقة كافية. وبالمثل ، فإن تسخين المادة يكسر بعض الروابط الهيدروجينية لنفس السبب بفعالية.

الماء (H.₂O) مثال جيد على الترابط الهيدروجيني في العمل. جزيء الأكسجين كهرسلبي أكثر من الهيدروجين ، وكلتا ذرات الهيدروجين على نفس الجانب من الجزيء في تكوين "v". هذا يعطي جانب جزيء الماء مع ذرات الهيدروجين شحنة موجبة صافية وجانب الأكسجين صافي شحنة سالبة. لذلك ، فإن ذرات الهيدروجين لجزيء ماء واحد ترتبط بجانب الأكسجين لجزيئات الماء الأخرى.

توجد ذرتان هيدروجين متاحتان للارتباط الهيدروجينى فى الماء ، ويمكن لكل ذرة أكسجين أن "تقبل" روابط هيدروجينية من مصدرين آخرين. يحافظ هذا على قوة الترابط بين الجزيئات ويشرح سبب احتواء الماء على نقطة غليان أعلى من الأمونيا (حيث لا يقبل النيتروجين سوى رابطة هيدروجينية واحدة). تفسر الرابطة الهيدروجينية أيضًا سبب احتلال الجليد لحجم أكبر من نفس كتلة الماء: تصبح الروابط الهيدروجينية ثابتة في مكانها وتعطي الماء بنية أكثر انتظامًا مما لو كان سائلاً.