Polære molekyler, der inkluderer et hydrogenatom, kan danne elektrostatiske bindinger kaldet hydrogenbindinger. Brintatomet er unikt, idet det består af en enkelt elektron omkring en enkelt proton. Når elektronen tiltrækkes af de andre atomer i molekylet, resulterer den positive ladning af den eksponerede proton i molekylær polarisering.
Denne mekanisme tillader sådanne molekyler at danne stærke hydrogenbindinger ud over de kovalente og ioniske bindinger, der er grundlaget for de fleste forbindelser. Hydrogenbindinger kan give forbindelser særlige egenskaber og kan gøre materialer mere stabile end forbindelser, der ikke kan danne hydrogenbindinger.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Polære molekyler, der inkluderer et hydrogenatom i en kovalent binding, har en negativ ladning i den ene ende af molekylet og en positiv ladning i den modsatte ende. Den enkelte elektron fra hydrogenatomet migrerer til det andet kovalent bundne atom og efterlader den positivt ladede hydrogenproton eksponeret. Protonen tiltrækkes af den negativt ladede ende af andre molekyler og danner en elektrostatisk binding med en af de andre elektroner. Denne elektrostatiske binding kaldes en hydrogenbinding.
Hvordan polære molekyler dannes
I kovalente bindinger deler atomer elektroner for at danne en stabil forbindelse. I ikke-polære kovalente bindinger deles elektronerne ens. For eksempel deles elektroner i en ikke-polær peptidbinding ligeligt mellem carbonatomet i carbon-oxygen-carbonylgruppen og nitrogenatomet i nitrogen-hydrogenamidgruppen.
For polære molekyler har elektronerne, der deles i en kovalent binding, en tendens til at samles på den ene side af molekylet, mens den anden side bliver positivt ladet. Elektronerne migrerer, fordi et af atomerne har en større affinitet for elektroner end de andre atomer i den kovalente binding. For eksempel, medens selve peptidbindingen er ikke-polær, skyldes strukturen af det associerede protein til hydrogenbindinger mellem oxygenatom i carbonylgruppen og hydrogenatom i amidet gruppe.
Typiske kovalente bindingskonfigurationer parrer atomer, der har flere elektroner i deres ydre skal med dem, der har brug for det samme antal elektroner for at fuldføre deres ydre skal. Atomer deler de ekstra elektroner fra det tidligere atom, og hvert atom har en komplet ydre elektronskal noget af tiden.
Ofte tiltrækker det atom, der har brug for ekstra elektroner for at fuldføre sin ydre skal, elektronerne stærkere end atomet, der leverer de ekstra elektroner. I dette tilfælde deles ikke elektronerne jævnt, og de bruger mere tid med det modtagende atom. Som et resultat har det modtagende atom tendens til at have en negativ ladning, mens donoratomet er positivt ladet. Sådanne molekyler er polariserede.
Hvordan der dannes brintobligationer
Molekyler, der inkluderer et kovalent bundet hydrogenatom, polariseres ofte, fordi den enkelte elektron i hydrogenatomet holdes forholdsvis løst. Det migrerer let til det andet atom i den kovalente binding og efterlader den enkelt positivt ladede proton af hydrogenatomet på den ene side.
Når hydrogenatomet mister sin elektron, kan det danne en stærk elektrostatisk binding, fordi den i modsætning til andre atomer ikke længere har elektroner, der beskytter den positive ladning. Protonen tiltrækkes af elektronerne fra de andre molekyler, og den resulterende binding kaldes en hydrogenbinding.
Brintbindinger i vand
Molekylerne af vand med kemisk formel H2O, er polariserede og danner stærke hydrogenbindinger. Det enkelte iltatom danner kovalente bindinger med de to hydrogenatomer, men deler ikke elektronerne ens. De to brintelektroner tilbringer det meste af deres tid med iltatomet, som bliver negativt ladet. De to hydrogenatomer bliver positivt ladede protoner og danner hydrogenbindinger med elektronerne fra iltatomerne i andre vandmolekyler.
Fordi vand danner disse ekstra bindinger mellem dets molekyler, har det flere usædvanlige egenskaber. Vand har usædvanlig stærk overfladespænding, har et usædvanligt højt kogepunkt og kræver meget energi for at skifte fra flydende vand til damp. Sådanne egenskaber er typiske for materialer, for hvilke polariserede molekyler danner hydrogenbindinger.