Polaarimolekyylit, jotka sisältävät vetyatomin, voivat muodostaa sähköstaattisia sidoksia, joita kutsutaan vetysidoksiksi. Vetyatomi on ainutlaatuinen siinä mielessä, että se koostuu yhdestä elektronista yhden protonin ympärillä. Kun elektroni vetää molekyylin muita atomeja, paljaan protonin positiivinen varaus johtaa molekyylipolarisaatioon.
Tämän mekanismin avulla tällaiset molekyylit voivat muodostaa voimakkaita vetysidoksia yli kovalenttisten ja ionisten sidosten, jotka ovat useimpien yhdisteiden perusta. Vetysidokset voivat antaa yhdisteille erityisominaisuuksia ja tehdä materiaaleista vakaampia kuin yhdisteet, jotka eivät voi muodostaa vetysidoksia.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Polaarisilla molekyyleillä, jotka sisältävät vetyatomin kovalenttisessa sidoksessa, molekyylin toisessa päässä on negatiivinen varaus ja vastakkaisessa päässä positiivinen varaus. Vetyatomin yksittäinen elektroni siirtyy toiseen kovalenttisesti sitoutuneeseen atomiin, jolloin positiivisesti varautunut vetyprotoni paljastuu. Protoni vetää puoleensa muiden molekyylien negatiivisesti varautuneen pään muodostaen sähköstaattisen sidoksen yhden muun elektronin kanssa. Tätä sähköstaattista sidosta kutsutaan vetysidokseksi.
Kuinka polaarimolekyylit muodostuvat
Kovalenttisissa sidoksissa atomit jakavat elektroneja muodostaen stabiilin yhdisteen. Ei-polaarisissa kovalenttisissa sidoksissa elektronit jaetaan tasan. Esimerkiksi ei-polaarisessa peptidisidoksessa elektronit jaetaan tasan hiili-happikarbonyyliryhmän hiiliatomin ja typpi-vetyamidiryhmän typpiatomin välillä.
Polaarisissa molekyyleissä kovalenttisessa sidoksessa jaetut elektronit pyrkivät kerääntymään molekyylin toiselle puolelle, kun taas toiselta puolelta tulee positiivinen varaus. Elektronit kulkeutuvat, koska yhdellä atomista on suurempi affiniteetti elektroneihin kuin muilla kovalenttisen sidoksen atomeilla. Esimerkiksi vaikka peptidisidos itsessään ei ole polaarinen, assosioituneen proteiinin rakenne johtuu vetysidoksiin karbonyyliryhmän happiatomin ja amidin vetyatomin välillä ryhmä.
Tyypilliset kovalenttiset sidoskokoonpanot yhdistävät atomeja, joiden ulkokuoressa on useita elektroneja, niiden kanssa, jotka tarvitsevat saman määrän elektroneja ulkokuoren täydentämiseksi. Atomeilla on entisen atomin ylimääräisiä elektroneja, ja jokaisella atomilla on täydellinen ulompi elektronikuori jonkin aikaa.
Usein atomi, joka tarvitsee ylimääräisiä elektroneja ulkokuoren täydentämiseksi, houkuttelee elektroneja voimakkaammin kuin ylimääräisiä elektroneja tuottava atomi. Tässä tapauksessa elektroneja ei jaeta tasaisesti, ja ne viettävät enemmän aikaa vastaanottavan atomin kanssa. Tämän seurauksena vastaanottavalla atomilla on taipumus olla negatiivinen varaus, kun taas luovuttaja-atomilla on positiivinen varaus. Tällaiset molekyylit ovat polarisoituneita.
Kuinka vetysidokset muodostuvat
Kovalenttisesti sitoutuneen vetyatomin sisältävät molekyylit polarisoituvat usein, koska vetyatomin yksittäinen elektroni pidetään suhteellisen löyhästi. Se kulkeutuu helposti kovalenttisen sidoksen toiseen atomiin, jättäen yhden vetyatomin positiivisesti varautuneen protonin toisella puolella.
Kun vetyatomi menettää elektroninsa, se voi muodostaa voimakkaan sähköstaattisen sidoksen, koska toisin kuin muut atomit, sillä ei enää ole elektroneja, jotka suojaavat positiivista varausta. Protoni vetää puoleensa muiden molekyylien elektroneja, ja syntynyttä sidosta kutsutaan vetysidokseksi.
Vetisidokset vedessä
Veden molekyylit, kemiallisella kaavalla H2O ovat polarisoituneita ja muodostavat vahvoja vetysidoksia. Yksittäinen happiatomi muodostaa kovalenttisia sidoksia kahden vetyatomin kanssa, mutta ei jaa elektroneja tasaisesti. Kaksi vetyelektronia viettää suurimman osan ajastaan happiatomin kanssa, josta tulee negatiivinen varaus. Kahdesta vetyatomista tulee positiivisesti varautuneita protoneja ja ne muodostavat vetysidoksia elektronien kanssa muiden vesimolekyylien happiatomeista.
Koska vesi muodostaa nämä ylimääräiset sidokset molekyylien välille, sillä on useita epätavallisia ominaisuuksia. Vedellä on poikkeuksellisen voimakas pintajännitys, sen kiehumispiste on epätavallisen korkea ja se vaatii paljon energiaa muuttuakseen nestemäisestä vedestä höyryksi. Tällaiset ominaisuudet ovat tyypillisiä materiaaleille, joille polarisoidut molekyylit muodostavat vetysidoksia.