Vodikova veza je važna tema u kemiji i podupire ponašanje mnogih tvari s kojima svakodnevno komuniciramo, posebno vode. Razumijevanje vodikove veze i zašto ona postoji važan je korak u razumijevanju intermolekularne veze i kemije općenito. Vodikova veza u konačnici je uzrokovana razlikom u neto električnom naboju u nekim dijelovima određenih molekula. Ovi nabijeni dijelovi privlače druge molekule s istim svojstvima.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Vodikova veza je uzrokovana tendencijom nekih atoma u molekulama da privlače elektrone više od njihovog pratećeg atoma. To molekuli daje trajni dipolni trenutak - čini je polarnom - pa djeluje poput magneta i privlači suprotni kraj ostalih polarnih molekula.
Elektronegativnost i trajni dipolni momenti
Svojstvo elektronegativnosti u konačnici uzrokuje vodikovu vezu. Kad su atomi međusobno kovalentno povezani, oni dijele elektrone. U savršenom primjeru kovalentne veze, elektroni se dijele jednako, tako da su podijeljeni elektroni na približno pola puta između jednog i drugog atoma. Međutim, to je samo slučaj kada su atomi jednako učinkoviti u privlačenju elektrona. Sposobnost atoma da privlače vezne elektrone poznata je kao elektronegativnost, pa ako se elektroni dijele između atoma s istom elektronegativnošću, tada su elektroni u prosjeku otprilike na pola puta između njih (jer se elektroni kreću neprekidno).
Ako je jedan atom elektronegativniji od drugog, zajednički elektroni se bliže privlače za taj atom. Međutim, elektroni su nabijeni, pa ako su skloniji okupljanju oko jednog atoma od drugog, to utječe na ravnotežu naboja molekule. Umjesto da je električno neutralan, elektronegativniji atom dobije lagani neto negativni naboj. Suprotno tome, manje elektronegativni atom završava s blagim pozitivnim nabojem. Ova razlika u naboju stvara molekulu s onim što se naziva trajni dipolni trenutak, a oni se često nazivaju polarnim molekulama.
Kako djeluju vodikove veze
Polarne molekule imaju dva nabijena dijela unutar svoje strukture. Na isti način na koji pozitivni kraj magneta privlači negativni kraj drugog magneta, suprotni krajevi dviju polarnih molekula mogu se međusobno privlačiti. Ta se pojava naziva vodikova veza jer je vodik manje elektronegativan od molekula s kojima se često veže, poput kisika, dušika ili fluora. Kad se vodikov kraj molekule s neto pozitivnim nabojem približi kisiku, dušiku, fluoru ili nekom drugom elektronegativnom kraju, rezultat je molekula-molekula veza (intermolekularna veza), koja je za razliku od većine drugih oblika veze koje susrećete u kemiji, a odgovorna je za neka jedinstvena svojstva različitih tvari.
Vodikove veze su oko 10 puta slabije od kovalentnih veza koje drže pojedine molekule na okupu. Teško je prekinuti kovalentne veze jer to zahtijeva puno energije, ali vodikove veze su dovoljno slabe da se relativno lako mogu prekinuti. U tekućini se mnoštvo molekula trza okolo, a taj proces dovodi do pucanja i reformiranja vodikovih veza kada je energija dovoljna. Slično tome, zagrijavanje tvari prekida neke vodikove veze iz efektivno istog razloga.
Vodikova veza u vodi
Voda (H2O) je dobar primjer djelovanja vodikove veze. Molekula kisika je elektronegativnija od vodika, a oba atoma vodika nalaze se na istoj strani molekule u "v" formaciji. To daje strani molekule vode s atomima vodika neto pozitivni naboj, a strani kisika neto negativni naboj. Atomi vodika jedne molekule vode, dakle, vezuju se za kisikovu stranu ostalih molekula vode.
Za vezu vodika u vodi dostupna su dva atoma vodika, a svaki atom kisika može "prihvatiti" vodikove veze iz dva druga izvora. To održava intermolekularnu vezu jakom i objašnjava zašto voda ima više vrelište od amonijaka (gdje dušik može prihvatiti samo jednu vodikovu vezu). Vodikova veza također objašnjava zašto led zauzima veći volumen od iste mase vode: Vodikove veze postaju fiksirane i daju vodi pravilniju strukturu nego kad je tekućina.
