Kuidas moodustuvad polaarmolekulid vesiniksidemed?

Polaarmolekulid, mis sisaldavad vesinikuaatomit, võivad moodustada elektrostaatilisi sidemeid, mida nimetatakse vesiniksidemeteks. Vesiniku aatom on ainulaadne selle poolest, et see koosneb ühest elektronist ühe prootoni ümber. Kui elektron on molekulis teiste aatomitega seotud, põhjustab paljastatud prootoni positiivne laeng molekulaarse polarisatsiooni.

See mehhanism võimaldab sellistel molekulidel moodustada tugevaid vesiniksidemeid lisaks kovalentsetele ja ioonsetele sidemetele, mis on enamiku ühendite aluseks. Vesiniksidemed võivad anda ühenditele erilised omadused ja muuta materjalid stabiilsemaks kui ühendid, mis ei suuda vesiniksidemeid moodustada.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Polaarsetel molekulidel, mis sisaldavad vesinikuaatomit kovalentses sidemes, on molekuli ühes otsas negatiivne laeng ja teises otsas positiivne laeng. Üksik vesiniku aatomi elektron rändab teise kovalentselt seotud aatomi külge, jättes positiivselt laetud vesiniku prootoni eksponeerituks. Prootonit tõmbab teiste molekulide negatiivselt laetud ots, moodustades ühe teise elektroniga elektrostaatilise sideme. Seda elektrostaatilist sidet nimetatakse vesiniksidemeks.

Kovalentsetes sidemetes jagavad aatomid elektrone, moodustades stabiilse ühendi. Mittepolaarsetes kovalentsetes sidemetes jagunevad elektronid võrdselt. Näiteks mittepolaarse peptiidsideme korral jagunevad elektronid võrdselt süsinik-hapnik-karbonüülrühma süsinikuaatomi ja lämmastik-vesinikamiidrühma lämmastikuaatomi vahel.

Polaarsete molekulide puhul kipuvad kovalentses sidemes jagatud elektronid kogunema molekuli ühele küljele, teine ​​pool aga positiivselt laetud. Elektronid migreeruvad, kuna ühel aatomil on suurem afiinsus elektronide suhtes kui teistel kovalentse sideme aatomitel. Näiteks kui peptiidside ise pole polaarne, on seotud valgu struktuur tingitud vesiniksidemeteni karbonüülrühma hapniku aatomi ja amiidi vesiniku aatomi vahel Grupp.

Tüüpilised kovalentsete sidemete konfiguratsioonid seovad aatomeid, mille väliskestas on mitu elektroni, nendega, mis vajavad sama palju elektrone oma väliskesta lõpuleviimiseks. Aatomid jagavad endise aatomi lisaelektrone ja igal aatomil on mõnda aega täielik välimine elektronkest.

Tihti meelitab aatom, mis vajab väliskesta lõpuleviimiseks lisaelektrone, elektrone tugevamalt kui lisaelektrone pakkuv aatom. Sellisel juhul ei jagune elektronid ühtlaselt ja nad veedavad vastuvõtva aatomiga rohkem aega. Selle tulemusena kipub vastuvõtval aatomil olema negatiivne laeng, samal ajal kui doonori aatomil on positiivne laeng. Sellised molekulid on polariseeritud.

Molekulid, mis sisaldavad kovalentselt seotud vesiniku aatomit, on sageli polariseeritud, kuna vesiniku aatomi üksikut elektroni hoitakse suhteliselt lõdvalt. See migreerub hõlpsasti kovalentse sideme teise aatomi külge, jättes ühele küljele ühe positiivselt laetud vesiniku aatomi prootoni.

Kui vesinikuaatom kaotab oma elektroni, võib see moodustada tugeva elektrostaatilise sideme, kuna erinevalt teistest aatomitest pole sellel enam ühtegi positiivse laengu varjestavat elektroni. Prootonit tõmbavad teiste molekulide elektronid ja saadud sidet nimetatakse vesiniksidemeks.

Vee molekulid keemilise valemiga H₂O on polariseeritud ja moodustavad tugevad vesiniksidemed. Üksik hapniku aatom moodustab kahe vesinikuaatomiga kovalentsed sidemed, kuid ei jaga elektrone võrdselt. Kaks vesiniku elektroni veedavad suurema osa ajast hapniku aatomiga, mis laetakse negatiivselt. Kaks vesinikuaatomit saavad positiivselt laetud prootoniteks ja moodustavad vesiniksidemeid teiste veemolekulide hapnikuaatomitest pärit elektronidega.

Kuna vesi moodustab oma molekulide vahel need lisisidemed, on sellel mitmeid ebatavalisi omadusi. Vesi on erakordselt tugeva pindpinevusega, ebatavaliselt kõrge keemistemperatuuriga ning vedelast veest auruks muutumiseks on vaja palju energiat. Sellised omadused on tüüpilised materjalidele, mille jaoks polariseeritud molekulid moodustavad vesiniksidemeid.