Полярните молекули, които включват водороден атом, могат да образуват електростатични връзки, наречени водородни връзки. Водородният атом е уникален с това, че се състои от един електрон около един протон. Когато електронът е привлечен от другите атоми в молекулата, положителният заряд на изложения протон води до молекулярна поляризация.
Този механизъм позволява на такива молекули да образуват силни водородни връзки над и над ковалентните и йонните връзки, които са в основата на повечето съединения. Водородните връзки могат да дадат на съединенията специални свойства и могат да направят материалите по-стабилни от съединенията, които не могат да образуват водородни връзки.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Полярните молекули, които включват водороден атом в ковалентна връзка, имат отрицателен заряд в единия край на молекулата и положителен заряд в противоположния край. Единичният електрон от водородния атом мигрира към другия ковалентно свързан атом, оставяйки положително заредения водороден протон открит. Протонът се привлича към отрицателно заредения край на други молекули, образувайки електростатична връзка с един от останалите електрони. Тази електростатична връзка се нарича водородна връзка.
Как се формират полярните молекули
В ковалентните връзки атомите споделят електрони, за да образуват стабилно съединение. В неполярните ковалентни връзки електроните се споделят по равно. Например, в неполярна пептидна връзка електроните се споделят по равно между въглеродния атом на въглерод-кислородната карбонилна група и азотния атом на азотно-водородната амидна група.
За полярните молекули електроните, споделени в ковалентна връзка, са склонни да се събират от едната страна на молекулата, докато другата страна се зарежда положително. Електроните мигрират, тъй като един от атомите има по-голям афинитет към електроните от другите атоми в ковалентната връзка. Например, докато самата пептидна връзка е неполярна, структурата на свързания протеин се дължи към водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водородния атом на амида група.
Типичните конфигурации на ковалентна връзка сдвояват атоми, които имат няколко електрона във външната си обвивка, с тези, които се нуждаят от същия брой електрони, за да завършат външната си обвивка. Атомите споделят допълнителните електрони от бившия атом и всеки атом има пълна външна електронна обвивка в някои случаи.
Често атомът, който се нуждае от допълнителни електрони, за да завърши външната си обвивка, привлича електроните по-силно от атома, осигуряващ допълнителните електрони. В този случай електроните не се споделят равномерно и те прекарват повече време с приемащия атом. В резултат на това приемащият атом има тенденция да има отрицателен заряд, докато донорният атом е положителен. Такива молекули са поляризирани.
Как се образуват водородните връзки
Молекулите, които включват ковалентно свързан водороден атом, често се поляризират, тъй като единичният електрон на водородния атом се държи сравнително свободно. Той лесно мигрира към другия атом на ковалентната връзка, оставяйки единичния положително зареден протон на водородния атом от едната страна.
Когато водородният атом загуби електрона си, той може да образува силна електростатична връзка, тъй като за разлика от другите атоми, той вече няма електрони, екраниращи положителния заряд. Протонът се привлича към електроните на останалите молекули и получената връзка се нарича водородна връзка.
Водородни връзки във вода
Молекулите на водата с химическа формула Н2O, са поляризирани и образуват силни водородни връзки. Единичният кислороден атом образува ковалентни връзки с двата водородни атома, но не споделя електроните по равно. Двата водородни електрона прекарват по-голямата част от времето си с кислородния атом, който се зарежда отрицателно. Двата водородни атома стават положително заредени протони и образуват водородни връзки с електроните от кислородните атоми на други водни молекули.
Тъй като водата образува тези допълнителни връзки между своите молекули, тя има няколко необичайни свойства. Водата има изключително силно повърхностно напрежение, има необичайно висока точка на кипене и изисква много енергия, за да се превърне от течна вода в пара. Такива свойства са типични за материали, за които поляризираните молекули образуват водородни връзки.