Les molécules polaires qui incluent un atome d'hydrogène peuvent former des liaisons électrostatiques appelées liaisons hydrogène. L'atome d'hydrogène est unique en ce qu'il est constitué d'un seul électron autour d'un seul proton. Lorsque l'électron est attiré par les autres atomes de la molécule, la charge positive du proton exposé entraîne une polarisation moléculaire.
Ce mécanisme permet à ces molécules de former de fortes liaisons hydrogène en plus des liaisons covalentes et ioniques qui sont à la base de la plupart des composés. Les liaisons hydrogène peuvent conférer aux composés des propriétés spéciales et rendre les matériaux plus stables que les composés qui ne peuvent pas former de liaisons hydrogène.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les molécules polaires qui incluent un atome d'hydrogène dans une liaison covalente ont une charge négative à une extrémité de la molécule et une charge positive à l'extrémité opposée. L'électron unique de l'atome d'hydrogène migre vers l'autre atome lié de manière covalente, laissant le proton d'hydrogène chargé positivement exposé. Le proton est attiré par l'extrémité chargée négativement d'autres molécules, formant une liaison électrostatique avec l'un des autres électrons. Cette liaison électrostatique est appelée liaison hydrogène.
Comment les molécules polaires se forment
Dans les liaisons covalentes, les atomes partagent des électrons pour former un composé stable. Dans les liaisons covalentes non polaires, les électrons sont partagés également. Par exemple, dans une liaison peptidique non polaire, les électrons sont partagés à parts égales entre l'atome de carbone du groupe carbone-oxygène carbonyle et l'atome d'azote du groupe azote-hydrogène amide.
Pour les molécules polaires, les électrons partagés dans une liaison covalente ont tendance à se rassembler d'un côté de la molécule tandis que l'autre côté devient chargé positivement. Les électrons migrent car l'un des atomes a une plus grande affinité pour les électrons que les autres atomes de la liaison covalente. Par exemple, alors que la liaison peptidique elle-même est non polaire, la structure de la protéine associée est due aux liaisons hydrogène entre l'atome d'oxygène du groupe carbonyle et l'atome d'hydrogène de l'amide grouper.
Les configurations de liaison covalente typiques associent des atomes qui ont plusieurs électrons dans leur enveloppe externe à ceux qui ont besoin du même nombre d'électrons pour compléter leur enveloppe externe. Les atomes partagent les électrons supplémentaires de l'atome précédent, et chaque atome a parfois une couche externe complète d'électrons.
Souvent, l'atome qui a besoin d'électrons supplémentaires pour compléter sa couche externe attire les électrons plus fortement que l'atome fournissant les électrons supplémentaires. Dans ce cas, les électrons ne sont pas partagés uniformément et passent plus de temps avec l'atome récepteur. En conséquence, l'atome récepteur a tendance à avoir une charge négative tandis que l'atome donneur est chargé positivement. De telles molécules sont polarisées.
Comment se forment les liaisons hydrogène
Les molécules qui incluent un atome d'hydrogène lié de manière covalente sont souvent polarisées parce que l'électron unique de l'atome d'hydrogène est relativement peu retenu. Il migre facilement vers l'autre atome de la liaison covalente, laissant d'un côté le seul proton chargé positivement de l'atome d'hydrogène.
Lorsque l'atome d'hydrogène perd son électron, il peut former une forte liaison électrostatique car, contrairement aux autres atomes, il n'a plus d'électrons protégeant la charge positive. Le proton est attiré par les électrons des autres molécules et la liaison résultante est appelée liaison hydrogène.
Liaisons hydrogène dans l'eau
Les molécules d'eau, de formule chimique H2O, sont polarisés et forment de fortes liaisons hydrogène. L'atome d'oxygène unique forme des liaisons covalentes avec les deux atomes d'hydrogène mais ne partage pas les électrons de manière égale. Les deux électrons d'hydrogène passent la plupart de leur temps avec l'atome d'oxygène, qui se charge négativement. Les deux atomes d'hydrogène deviennent des protons chargés positivement et forment des liaisons hydrogène avec les électrons des atomes d'oxygène d'autres molécules d'eau.
Parce que l'eau forme ces liaisons supplémentaires entre ses molécules, elle a plusieurs propriétés inhabituelles. L'eau a une tension superficielle exceptionnellement forte, a un point d'ébullition inhabituellement élevé et nécessite beaucoup d'énergie pour passer de l'eau liquide à la vapeur. De telles propriétés sont typiques des matériaux pour lesquels des molécules polarisées forment des liaisons hydrogène.