Polarne molekule koje uključuju atom vodika mogu tvoriti elektrostatičke veze koje se nazivaju vodikove veze. Atom vodika jedinstven je po tome što se sastoji od jednog elektrona oko jednog protona. Kada elektron privuku ostali atomi u molekuli, pozitivni naboj izloženog protona rezultira molekularnom polarizacijom.
Ovaj mehanizam omogućuje takvim molekulama da tvore jake vodikove veze iznad i iznad kovalentnih i ionskih veza koje su osnova većine spojeva. Vodikove veze mogu spojevima dati posebna svojstva i mogu učiniti materijale stabilnijima od spojeva koji ne mogu stvoriti vodikove veze.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Polarne molekule koje uključuju atom vodika u kovalentnoj vezi imaju negativan naboj na jednom kraju molekule, a pozitivan naboj na suprotnom kraju. Pojedinačni elektron iz vodikovog atoma migrira u drugi kovalentno vezani atom, ostavljajući pozitivno nabijeni proton vodika izloženim. Proton privlači negativno nabijeni kraj drugih molekula, tvoreći elektrostatičku vezu s jednim od drugih elektrona. Ta se elektrostatička veza naziva vodikova veza.
Kako nastaju polarne molekule
U kovalentnim vezama atomi dijele elektrone da bi stvorili stabilan spoj. U nepolarnim kovalentnim vezama elektroni se dijele podjednako. Na primjer, u nepolarnoj peptidnoj vezi, elektroni se dijele ravnopravno između atoma ugljika karbonilne skupine ugljik-kisik i atoma dušika dušik-vodikove amidne skupine.
Za polarne molekule, elektroni podijeljeni u kovalentnoj vezi imaju tendenciju da se skupe na jednoj strani molekule, dok druga strana postaje pozitivno nabijena. Elektroni migriraju jer jedan od atoma ima veći afinitet za elektrone od ostalih atoma u kovalentnoj vezi. Primjerice, dok je peptidna veza sama po sebi nepolarna, dužna je struktura povezanog proteina na vodikove veze između atoma kisika karbonilne skupine i atoma vodika amida skupina.
Tipične konfiguracije kovalentne veze spajaju atome koji imaju nekoliko elektrona u vanjskoj ovojnici s onima kojima je potreban isti broj elektrona da bi završili svoju vanjsku ljusku. Atomi dijele suvišne elektrone iz bivšeg atoma, a svaki atom ponekad ima kompletnu vanjsku elektronsku ljusku.
Često atom kojem su potrebni dodatni elektroni da bi dovršio vanjsku ljusku privlači elektrone jače od atoma koji pruža dodatne elektrone. U ovom slučaju, elektroni se ne dijele ravnomjerno i oni provode više vremena s atomom koji prima. Kao rezultat, atom koji prima ima tendenciju da ima negativan naboj, dok je atom donor pozitivno nabijen. Takve molekule su polarizirane.
Kako nastaju vodikove veze
Molekule koje uključuju kovalentno vezan atom vodika često su polarizirane jer se pojedinačni elektron atoma vodika relativno labavo drži. Lako se migrira na drugi atom kovalentne veze, ostavljajući pojedinačno pozitivno nabijeni proton atoma vodika na jednoj strani.
Kad atom vodika izgubi svoj elektron, on može stvoriti jaku elektrostatičku vezu, jer za razliku od ostalih atoma više nema elektrona koji štite pozitivni naboj. Proton privlače elektroni ostalih molekula, a rezultirajuća veza naziva se vodikova veza.
Vodikove veze u vodi
Molekule vode, kemijske formule H2O, polarizirani su i tvore jake vodikove veze. Pojedinačni atom kisika tvori kovalentne veze s dva atoma vodika, ali ne dijeli elektrone jednako. Dva vodikova elektrona većinu vremena provode s atomom kisika koji postaje negativno nabijen. Dva atoma vodika postaju pozitivno nabijeni protoni i tvore vodikove veze s elektronima iz atoma kisika drugih molekula vode.
Budući da voda stvara te dodatne veze između svojih molekula, ona ima nekoliko neobičnih svojstava. Voda ima izuzetno jak površinski napon, neobično je visoko vrelište i treba joj puno energije da se iz tekuće vode pretvori u paru. Takva su svojstva tipična za materijale za koje polarizirane molekule tvore vodikove veze.