Πολικά μόρια που περιλαμβάνουν άτομο υδρογόνου μπορούν να σχηματίσουν ηλεκτροστατικούς δεσμούς που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου. Το άτομο υδρογόνου είναι μοναδικό στο ότι αποτελείται από ένα μόνο ηλεκτρόνιο γύρω από ένα μόνο πρωτόνιο. Όταν το ηλεκτρόνιο προσελκύεται στα άλλα άτομα του μορίου, το θετικό φορτίο του εκτεθειμένου πρωτονίου οδηγεί σε μοριακή πόλωση.
Αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει σε τέτοια μόρια να σχηματίσουν ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου πάνω και πάνω από τους ομοιοπολικούς και ιοντικούς δεσμούς που αποτελούν τη βάση των περισσότερων ενώσεων. Οι δεσμοί υδρογόνου μπορούν να δώσουν στις ενώσεις ειδικές ιδιότητες και μπορούν να κάνουν τα υλικά πιο σταθερά από τις ενώσεις που δεν μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα πολικά μόρια που περιλαμβάνουν ένα άτομο υδρογόνου σε έναν ομοιοπολικό δεσμό έχουν ένα αρνητικό φορτίο στο ένα άκρο του μορίου και ένα θετικό φορτίο στο αντίθετο άκρο. Το απλό ηλεκτρόνιο από το άτομο υδρογόνου μεταναστεύει στο άλλο ομοιοπολικά συνδεδεμένο άτομο, αφήνοντας το θετικά φορτισμένο πρωτόνιο υδρογόνου εκτεθειμένο. Το πρωτόνιο προσελκύεται στο αρνητικά φορτισμένο άκρο άλλων μορίων, σχηματίζοντας έναν ηλεκτροστατικό δεσμό με ένα από τα άλλα ηλεκτρόνια. Αυτός ο ηλεκτροστατικός δεσμός ονομάζεται δεσμός υδρογόνου.
Πώς σχηματίζονται τα Πολικά Μόρια
Σε ομοιοπολικούς δεσμούς, τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν μια σταθερή ένωση. Σε μη πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται εξίσου. Για παράδειγμα, σε έναν μη πολικό πεπτιδικό δεσμό, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται εξίσου μεταξύ του ατόμου άνθρακα της καρβονυλομάδας άνθρακα-οξυγόνου και του ατόμου αζώτου της ομάδας αμιδίου-υδρογόνου.
Για πολικά μόρια, τα ηλεκτρόνια που μοιράζονται σε έναν ομοιοπολικό δεσμό τείνουν να συγκεντρώνονται στη μία πλευρά του μορίου ενώ η άλλη πλευρά φορτίζεται θετικά. Τα ηλεκτρόνια μεταναστεύουν επειδή ένα από τα άτομα έχει μεγαλύτερη συγγένεια για ηλεκτρόνια από τα άλλα άτομα στον ομοιοπολικό δεσμό. Για παράδειγμα, ενώ ο ίδιος ο πεπτιδικός δεσμός είναι μη πολικός, οφείλεται η δομή της σχετικής πρωτεΐνης με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ του ατόμου οξυγόνου της καρβονυλομάδας και του ατόμου υδρογόνου του αμιδίου ομάδα.
Οι τυπικές διαμορφώσεις ομοιοπολικού δεσμού συνδυάζουν άτομα που έχουν αρκετά ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους κέλυφος με εκείνα που χρειάζονται τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων για να ολοκληρώσουν το εξωτερικό τους κέλυφος. Τα άτομα μοιράζονται τα επιπλέον ηλεκτρόνια από το προηγούμενο άτομο και κάθε άτομο έχει ένα πλήρες εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων κάποια στιγμή.
Συχνά το άτομο που χρειάζεται επιπλέον ηλεκτρόνια για να ολοκληρώσει το εξωτερικό του κέλυφος προσελκύει τα ηλεκτρόνια πιο έντονα από το άτομο που παρέχει τα επιπλέον ηλεκτρόνια. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια δεν μοιράζονται ομοιόμορφα και περνούν περισσότερο χρόνο με το άτομο λήψης. Ως αποτέλεσμα, το άτομο λήψης τείνει να έχει αρνητικό φορτίο ενώ το άτομο δότης φορτίζεται θετικά. Τέτοια μόρια είναι πολωμένα.
Πώς σχηματίζονται οι δεσμοί υδρογόνου
Τα μόρια που περιλαμβάνουν ένα ομοιοπολικά συνδεδεμένο άτομο υδρογόνου πολώνονται συχνά επειδή το απλό ηλεκτρόνιο του ατόμου υδρογόνου συγκρατείται χαλαρά. Μεταναστεύει εύκολα στο άλλο άτομο του ομοιοπολικού δεσμού, αφήνοντας το μονό θετικά φορτισμένο πρωτόνιο του ατόμου υδρογόνου στη μία πλευρά.
Όταν το άτομο υδρογόνου χάνει το ηλεκτρόνιο του, μπορεί να σχηματίσει έναν ισχυρό ηλεκτροστατικό δεσμό επειδή, σε αντίθεση με άλλα άτομα, δεν έχει πλέον ηλεκτρόνια που προστατεύουν το θετικό φορτίο. Το πρωτόνιο προσελκύεται στα ηλεκτρόνια των άλλων μορίων και ο προκύπτων δεσμός ονομάζεται δεσμός υδρογόνου.
Δεσμοί υδρογόνου στο νερό
Τα μόρια του νερού, με χημικό τύπο Η2O, είναι πολωμένα και σχηματίζουν ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου. Το μεμονωμένο άτομο οξυγόνου σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς με τα δύο άτομα υδρογόνου αλλά δεν μοιράζεται τα ηλεκτρόνια εξίσου. Τα δύο ηλεκτρόνια υδρογόνου περνούν τον περισσότερο χρόνο τους με το άτομο οξυγόνου, το οποίο φορτίζεται αρνητικά. Τα δύο άτομα υδρογόνου γίνονται θετικά φορτισμένα πρωτόνια και σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με τα ηλεκτρόνια από τα άτομα οξυγόνου άλλων μορίων νερού.
Επειδή το νερό σχηματίζει αυτούς τους επιπλέον δεσμούς μεταξύ των μορίων του, έχει πολλές ασυνήθιστες ιδιότητες. Το νερό έχει εξαιρετικά ισχυρή επιφανειακή τάση, έχει ασυνήθιστα υψηλό σημείο βρασμού και απαιτεί πολλή ενέργεια για να αλλάξει από υγρό νερό σε ατμό. Τέτοιες ιδιότητες είναι χαρακτηριστικές υλικών για τα οποία πολωμένα μόρια σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου.