Vesinikside on keemias oluline teema ja see toetab paljude ainete, millega me igapäevaselt suhtleme, käitumist, eriti vee. Vesiniksideme mõistmine ja selle olemasolu on oluline samm molekulidevahelise sideme ja keemia mõistmisel laiemalt. Vesiniksideme põhjustab lõppkokkuvõttes spetsiifiliste molekulide mõnes osas esineva neto elektrilaengu erinevus. Need laetud sektsioonid meelitavad ligi teisi samade omadustega molekule.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Vesiniksideme põhjustab mõnede molekulide aatomite kalduvus meelitada elektrone rohkem kui nendega kaasnev aatom. See annab molekulile püsiva dipoolmomendi - see muudab selle polaarseks -, nii et see toimib nagu magnet ja meelitab teiste polaarmolekulide vastupidist otsa.
Elektronegatiivsus ja püsivad dipoolmomendid
Elektronegatiivsuse omadus põhjustab lõppkokkuvõttes vesiniksidemeid. Kui aatomid on kovalentselt üksteisega seotud, jagavad nad elektrone. Kovalentse sideme täiuslikus näites on elektronid jagatud võrdselt, seega on jagatud elektronid umbes poolel teel ühe aatomi ja teise vahel. Kuid see on ainult juhul, kui aatomid on elektronide ligimeelitamisel võrdselt tõhusad. Aatomite võimet siduvaid elektrone meelitada nimetatakse elektronegatiivsuseks, nii et kui elektronid on aatomite vahel jagatud sama elektronegatiivsusega, siis on elektronid nende vahel keskmiselt umbes poolel teel (kuna elektronid liiguvad pidevalt).
Kui üks aatom on elektronegatiivsem kui teine, tõmbuvad jagatud elektronid sellele aatomile lähemale. Kuid elektronid on laetud, nii et kui nad on altimad koonduma ühe aatomi ümber kui teine, mõjutab see molekuli laengutasakaalu. Elektroneegatiivse aatomi asemel saab elektroneegatiivne aatom väikese negatiivse negatiivse laengu. Ja vastupidi, vähem elektronegatiivne aatom lõpeb kerge positiivse laenguga. See laengu erinevus tekitab molekuli, mida nimetatakse püsivaks dipoolmomendiks, ja neid nimetatakse sageli polaarmolekulideks.
Kuidas vesiniksidemed toimivad
Polaarmolekulide struktuuris on kaks laetud sektsiooni. Samamoodi nagu magneti positiivne ots meelitab teise magneti negatiivset otsa, võivad kahe polaarmolekuli vastassuunalised otsad üksteist ligi tõmmata. Seda nähtust nimetatakse vesiniksidemeks, kuna vesinik on vähem elektronegatiivne kui molekulid, mida see seob sageli hapniku, lämmastiku või fluoriga. Kui positiivse netolaenguga molekuli vesinikuots läheneb hapniku, lämmastiku, fluori või mõne muu elektronegatiivse otsa lähedale, on tulemuseks molekul-molekul side (molekulidevaheline side), mis on erinevalt enamikust teistest keemias esinevatest sidumisvormidest ja vastutab erinevate ainete ainulaadsete omaduste eest aineid.
Vesiniksidemed on umbes 10 korda vähem tugevad kui kovalentsed sidemed, mis hoiavad üksikuid molekule koos. Kovalentseid sidemeid on raske katkestada, sest see nõuab palju energiat, kuid vesiniksidemed on piisavalt nõrgad, et neid suhteliselt hõlpsalt purustada. Vedelikus on ümberringi palju molekule ja see protsess viib vesiniksidemete purunemiseni ja reformimiseni, kui energia on piisav. Samamoodi katkestab aine kuumutamine mõned vesiniksidemed samal põhjusel.
Vesiniku sidumine vees
Vesi (H2O) on hea näide vesiniksideme toimimisest. Hapniku molekul on rohkem elektronegatiivne kui vesinik ja mõlemad vesiniku aatomid on molekuli samal küljel „v” moodustises. See annab vesimolekuli vesinikuaatomitega küljele positiivse laengu ja hapniku küljele negatiivse laengu. Seetõttu seonduvad ühe veemolekuli vesiniku aatomid teiste veemolekulide hapnikupoolega.
Vees vesiniksidemete jaoks on saadaval kaks vesiniku aatomit ja iga hapniku aatom suudab "aktsepteerida" vesiniksidemeid kahest muust allikast. See hoiab molekulidevahelise sideme tugevana ja selgitab, miks vee keemistemperatuur on kõrgem kui ammoniaagil (kus lämmastik suudab vastu võtta ainult ühte vesiniksidet). Vesiniksidemed selgitavad ka seda, miks jää hõivab suurema mahu kui sama veemass: Vesiniksidemed fikseeruvad oma kohale ja annavad veele korrapärasema struktuuri kui vedeliku korral.