Водородното свързване е важна тема в химията и подкрепя поведението на много от веществата, с които взаимодействаме ежедневно, особено водата. Разбирането на водородната връзка и защо тя съществува е важна стъпка в разбирането на междумолекулната връзка и химията по-общо. Водородното свързване в крайна сметка се дължи на разликата в нетния електрически заряд в някои части на специфични молекули. Тези заредени участъци привличат други молекули със същите свойства.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Водородното свързване се причинява от тенденцията на някои атоми в молекулите да привличат електрони повече от придружаващия ги атом. Това дава на молекулата постоянен диполен момент - прави я полюсна - така че действа като магнит и привлича противоположния край на други полярни молекули.
Електроотрицателност и постоянни диполни моменти
Свойството на електроотрицателност в крайна сметка причинява водородна връзка. Когато атомите са ковалентно свързани помежду си, те споделят електрони. В перфектен пример за ковалентно свързване електроните се споделят по равно, така че споделените електрони са на около половината път между единия и другия атом. Това обаче е само случаят, когато атомите са еднакво ефективни при привличането на електрони. Способността на атомите да привличат свързващите електрони е известна като електроотрицателност, така че ако електроните се споделят между атомите със същата електроотрицателност, тогава електроните са средно по средата между тях (тъй като електроните се движат непрекъснато).
Ако единият атом е по-електроотрицателен от другия, споделените електрони са по-тясно привлечени от този атом. Въпреки това, електроните се зареждат, така че ако са по-склонни да се събират около един атом от другия, това влияе върху баланса на заряда на молекулата. Вместо да е електрически неутрален, по-електроотрицателният атом получава лек нетен отрицателен заряд. И обратно, по-малко електроотрицателният атом завършва с лек положителен заряд. Тази разлика в заряда произвежда молекула с така наречения постоянен диполен момент и те често се наричат полярни молекули.
Как работят водородните връзки
Полярните молекули имат две заредени секции в структурата си. По същия начин, както положителният край на магнита привлича отрицателния край на друг магнит, противоположните краища на две полярни молекули могат да се привличат помежду си. Това явление се нарича водородна връзка, тъй като водородът е по-малко електроотрицателен от молекулите, с които често се свързва като кислород, азот или флуор. Когато водородният край на молекулата с нетен положителен заряд се доближи до кислорода, азота, флуора или друг електроотрицателен край, резултатът е молекула-молекула връзка (междумолекулна връзка), която е за разлика от повечето други форми на свързване, които срещате в химията, и е отговорна за някои от уникалните свойства на различните вещества.
Водородните връзки са около 10 пъти по-малко силни от ковалентните връзки, които държат отделните молекули заедно. Ковалентните връзки са трудни за разкъсване, тъй като това изисква много енергия, но водородните връзки са достатъчно слаби, за да се разрушат относително лесно. В течността има много молекули, които се блъскат и този процес води до разрушаване и реформиране на водородните връзки, когато енергията е достатъчна. По същия начин, нагряването на веществото разрушава някои водородни връзки по същата причина.
Водородно свързване във вода
Вода (H2O) е добър пример за водородно свързване в действие. Молекулата на кислорода е по-електроотрицателна от водорода и двата водородни атома са от една и съща страна на молекулата във формация „v“. Това дава страната на водната молекула с водородните атоми нетен положителен заряд, а кислородната страна нетен отрицателен заряд. Следователно водородните атоми на една водна молекула се свързват с кислородната страна на другите водни молекули.
Налични са два водородни атома за водородно свързване във вода и всеки кислороден атом може да „приема“ водородни връзки от два други източника. Това поддържа силната междумолекулна връзка и обяснява защо водата има по-висока точка на кипене от амоняка (където азотът може да приеме само една водородна връзка). Водородното свързване също обяснява защо ледът заема повече обем от същата маса вода: Водородните връзки се фиксират на място и придават на водата по-правилна структура, отколкото когато е течност.