Vodíková vazba je v chemii důležitým tématem a podporuje chování mnoha látek, se kterými každý den interagujeme, zejména vody. Pochopení vodíkových vazeb a proč existují, je důležitým krokem k pochopení mezimolekulárních vazeb a chemie obecněji. Vodíková vazba je nakonec způsobena rozdílem v čistém elektrickém náboji v některých částech specifických molekul. Tyto nabité sekce přitahují další molekuly se stejnými vlastnostmi.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Vodíková vazba je způsobena tendencí některých atomů v molekulách přitahovat elektrony více než jejich doprovodný atom. To dává molekule trvalý dipólový moment - činí ji polární - takže působí jako magnet a přitahuje opačný konec jiných polárních molekul.
Elektronegativita a trvalé dipólové momenty
Vlastnost elektronegativity nakonec způsobuje vodíkové vazby. Když jsou atomy navzájem kovalentně vázány, sdílejí elektrony. V dokonalém příkladu kovalentní vazby jsou elektrony sdíleny stejně, takže sdílené elektrony jsou zhruba v polovině mezi jedním atomem a druhým. To je však pouze případ, kdy jsou atomy stejně účinné při přitahování elektronů. Schopnost atomů přilákat vazebné elektrony je známá jako elektronegativita, takže pokud jsou elektrony sdíleny mezi atomy se stejnou elektronegativitou jsou elektrony v průměru zhruba v polovině mezi nimi (protože elektrony se pohybují nepřetržitě).
Pokud je jeden atom více elektronegativní než druhý, sdílené elektrony jsou k tomuto atomu blíže. Elektrony jsou však nabité, takže pokud jsou náchylnější ke shromažďování kolem jednoho atomu než druhého, ovlivní to rovnováhu náboje molekuly. Spíše než být elektricky neutrální, elektronegativnější atom získá mírný záporný náboj. Naopak méně elektronegativní atom končí s mírným kladným nábojem. Tento rozdíl v náboji produkuje molekulu s tzv. Permanentním dipólovým momentem, kterému se často říká polární molekuly.
Jak fungují vodíkové vazby
Polární molekuly mají ve své struktuře dvě nabité sekce. Stejně jako kladný konec magnetu přitahuje záporný konec jiného magnetu, mohou se protilehlé konce dvou polárních molekul navzájem přitahovat. Tento jev se nazývá vodíková vazba, protože vodík je méně elektronegativní než molekuly, s nimiž se často váže, jako je kyslík, dusík nebo fluor. Když se vodíkový konec molekuly se čistým kladným nábojem přiblíží kyslíku, dusíku, fluoru nebo jinému elektronegativnímu konci, výsledkem je molekula-molekula vazba (intermolekulární vazba), která je na rozdíl od většiny ostatních forem vazeb, s nimiž se v chemii setkáváte, a je zodpovědná za některé jedinečné vlastnosti různých látky.
Vodíkové vazby jsou asi 10krát méně silné než kovalentní vazby, které drží jednotlivé molekuly pohromadě. Kovalentní vazby je těžké rozbít, protože to vyžaduje hodně energie, ale vodíkové vazby jsou dostatečně slabé na to, aby se rozbily relativně snadno. V kapalině koluje spousta molekul a tento proces vede k rozbití a reformování vodíkových vazeb, když je energie dostatečná. Podobně zahřívání látky narušuje některé vodíkové vazby ze stejného důvodu.
Vazba vodíku ve vodě
Voda (H2O) je dobrým příkladem vodíkové vazby v akci. Molekula kyslíku je více elektronegativní než vodík a oba atomy vodíku jsou na stejné straně molekuly ve formaci „v“. To dává straně molekuly vody s atomy vodíku čistý kladný náboj a straně kyslíku čistý záporný náboj. Atomy vodíku jedné molekuly vody se proto váží na kyslíkovou stranu jiných molekul vody.
Pro vodíkové vazby ve vodě jsou k dispozici dva atomy vodíku a každý atom kyslíku může „přijímat“ vodíkové vazby ze dvou dalších zdrojů. To udržuje intermolekulární vazbu silnou a vysvětluje to, proč má voda vyšší teplotu varu než amoniak (kde dusík může přijímat pouze jednu vodíkovou vazbu). Vodíkové vazby také vysvětlují, proč led zaujímá větší objem než stejné množství vody: Vodíkové vazby se fixují na místě a dodávají vodě pravidelnější strukturu, než když je kapalina.