Polární molekuly, které obsahují atom vodíku, mohou vytvářet elektrostatické vazby nazývané vodíkové vazby. Atom vodíku je jedinečný v tom, že je tvořen jediným elektronem kolem jednoho protonu. Když je elektron přitahován k ostatním atomům v molekule, vede pozitivní náboj exponovaného protonu k molekulární polarizaci.
Tento mechanismus umožňuje takovým molekulám vytvářet silné vodíkové vazby nad kovalentní a iontové vazby, které jsou základem většiny sloučenin. Vodíkové vazby mohou sloučeninám poskytnout speciální vlastnosti a mohou učinit materiály stabilnějšími než sloučeniny, které nemohou vytvářet vodíkové vazby.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Polární molekuly, které obsahují atom vodíku v kovalentní vazbě, mají negativní náboj na jednom konci molekuly a pozitivní náboj na opačném konci. Jediný elektron z atomu vodíku migruje na druhý kovalentně vázaný atom, přičemž pozitivně nabitý vodíkový proton nechává odkrytý. Proton je přitahován k záporně nabitému konci jiných molekul a vytváří elektrostatickou vazbu s jedním z dalších elektronů. Tato elektrostatická vazba se nazývá vodíková vazba.
Jak vznikají polární molekuly
V kovalentních vazbách atomy sdílejí elektrony za vzniku stabilní sloučeniny. V nepolárních kovalentních vazbách jsou elektrony sdíleny stejně. Například v nepolární peptidové vazbě jsou elektrony sdíleny rovnoměrně mezi atomem uhlíku v karbonylové skupině uhlík-kyslík a atomem dusíku v amidoskupině dusík-vodík.
U polárních molekul mají elektrony sdílené v kovalentní vazbě tendenci shromažďovat se na jedné straně molekuly, zatímco druhá strana se stává kladně nabitým. Elektrony migrují, protože jeden z atomů má větší afinitu k elektronům než ostatní atomy v kovalentní vazbě. Například zatímco samotná peptidová vazba je nepolární, struktura přidruženého proteinu je důsledkem na vodíkové vazby mezi atomem kyslíku karbonylové skupiny a atomem vodíku amidu skupina.
Typické konfigurace kovalentní vazby spárují atomy, které mají ve svém vnějším obalu několik elektronů, s těmi, které k dokončení svého vnějšího obalu potřebují stejný počet elektronů. Atomy sdílejí další elektrony z bývalého atomu a každý atom má po nějakou dobu kompletní vnější elektronový obal.
Atom, který potřebuje další elektrony k dokončení svého vnějšího pláště, často přitahuje elektrony silněji než atom poskytující další elektrony. V tomto případě nejsou elektrony sdíleny rovnoměrně a tráví více času s přijímajícím atomem. Výsledkem je, že přijímající atom má tendenci mít záporný náboj, zatímco atom dárce je kladně nabitý. Takové molekuly jsou polarizovány.
Jak vznikají vodíkové vazby
Molekuly, které obsahují kovalentně vázaný atom vodíku, jsou často polarizovány, protože jediný elektron atomu vodíku je poměrně volně držen. Snadno migruje na druhý atom kovalentní vazby, přičemž na jedné straně zůstává jediný kladně nabitý proton atomu vodíku.
Když atom vodíku ztratí svůj elektron, může vytvořit silnou elektrostatickou vazbu, protože na rozdíl od jiných atomů již nemá žádné elektrony chránící kladný náboj. Proton je přitahován k elektronům ostatních molekul a výsledná vazba se nazývá vodíková vazba.
Vodíkové vazby ve vodě
Molekuly vody s chemickým vzorcem H2O, jsou polarizované a tvoří silné vodíkové vazby. Jediný atom kyslíku tvoří kovalentní vazby se dvěma atomy vodíku, ale nesdílí elektrony stejně. Oba vodíkové elektrony tráví většinu času s atomem kyslíku, který se stává záporně nabitým. Dva atomy vodíku se stanou kladně nabitými protony a tvoří vodíkové vazby s elektrony z atomů kyslíku jiných molekul vody.
Protože voda vytváří tyto zvláštní vazby mezi svými molekulami, má několik neobvyklých vlastností. Voda má výjimečně silné povrchové napětí, má neobvykle vysoký bod varu a vyžaduje hodně energie, aby se změnila z kapalné vody na páru. Takové vlastnosti jsou typické pro materiály, pro které polarizované molekuly tvoří vodíkové vazby.