A hidrogénatomot tartalmazó poláris molekulák elektrosztatikus kötéseket alkothatnak, amelyeket hidrogénkötéseknek neveznek. A hidrogénatom egyedülálló abban az értelemben, hogy egyetlen elektronból áll, egyetlen proton körül. Amikor az elektron vonzódik a molekula többi atomjához, a kitett proton pozitív töltése molekuláris polarizációt eredményez.
Ez a mechanizmus lehetővé teszi, hogy az ilyen molekulák erős hidrogénkötéseket képezzenek a legtöbb vegyület alapját képező kovalens és ionos kötéseken felül. A hidrogénkötések különleges tulajdonságokat adhatnak a vegyületeknek, és stabilabbá tehetik az anyagokat, mint azok a vegyületek, amelyek nem képesek hidrogénkötéseket kialakítani.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Azok a poláris molekulák, amelyek kovalens kötésben hidrogénatomot tartalmaznak, a molekula egyik végén negatív töltéssel rendelkeznek, a másik oldalon pedig pozitív töltéssel. A hidrogénatom egyetlen elektronja a másik kovalensen kötött atomhoz vándorol, így a pozitív töltésű hidrogénproton szabadon marad. A protont más molekulák negatív töltésű vége vonzza, elektrosztatikus kötést alkotva a többi elektron egyikével. Ezt az elektrosztatikus kötést hidrogénkötésnek nevezzük.
Hogyan alakulnak ki a poláris molekulák
A kovalens kötésekben az atomok megosztják az elektronokat, így stabil vegyületet képeznek. Nempoláris kovalens kötésekben az elektronok egyenlően oszlanak meg. Például egy nem poláros peptidkötésben az elektronok egyenlően oszlanak meg a szén-oxigén-karbonil-csoport szénatomja és a nitrogén-hidrogén-amid-csoport nitrogénatomja között.
A poláros molekulák esetében a kovalens kötésben megosztott elektronok általában a molekula egyik oldalán gyülekeznek, míg a másik oldala pozitív töltésűvé válik. Az elektronok vándorolnak, mert az egyik atom nagyobb affinitással rendelkezik az elektronok iránt, mint a többi kovalens kötésben lévő atom. Például, míg maga a peptidkötés nem poláros, a társított fehérje szerkezete ennek köszönhető hidrogénkötésekhez a karbonilcsoport oxigénatomja és az amid hidrogénatomja között csoport.
A tipikus kovalens kötéskonfigurációk párosítják azokat az atomokat, amelyek külső héjában több elektron van, és azokat, amelyeknek ugyanannyi elektronra van szükségük a külső héj kiteljesítéséhez. Az atomok megosztják az előbbi atom extra elektronjait, és mindegyik atomnak egy teljes külső elektronhéja van.
Gyakran az az atom, amelynek külső elektronjának teljesítéséhez extra elektronokra van szüksége, erősebben vonzza az elektronokat, mint az a további elektronokat biztosító atom. Ebben az esetben az elektronok nem oszlanak meg egyenletesen, és több időt töltenek a befogadó atomdal. Ennek eredményeként a befogadó atomnak negatív töltése van, míg a donor atomjának pozitív töltése van. Az ilyen molekulák polarizáltak.
Hogyan alakulnak ki a hidrogénkötések
A kovalensen kötött hidrogénatomot tartalmazó molekulák gyakran polarizálódnak, mivel a hidrogénatom egyetlen elektronja viszonylag lazán tartható. Könnyen vándorol a kovalens kötés másik atomjához, így az egyik oldalon a hidrogénatom egyetlen pozitív töltésű protonja marad.
Amikor a hidrogénatom elveszíti elektronját, erős elektrosztatikus kötést képezhet, mivel más atomokkal ellentétben már nincsenek olyan elektronjai, amelyek árnyékolják a pozitív töltést. A protont vonzza a többi molekula elektronja, és a keletkező kötést hidrogénkötésnek nevezzük.
Hidrogénkötések a vízben
A víz molekulái H kémiai képlettel2O polarizálódnak és erős hidrogénkötéseket képeznek. Az egyetlen oxigénatom kovalens kötéseket képez a két hidrogénatommal, de az elektronokat nem osztja meg egyformán. A két hidrogén elektron ideje nagy részét az oxigénatommal tölti, amely negatív töltésűvé válik. A két hidrogénatom pozitív töltésű protonokká válik, és hidrogénkötéseket alakít ki az elektronokkal más vízmolekulák oxigénatomjaiból.
Mivel a víz ezeket az extra kötéseket képezi molekulái között, számos szokatlan tulajdonsággal rendelkezik. A víz rendkívül erős felületi feszültséggel rendelkezik, szokatlanul magas a forráspontja, és sok energiát igényel, hogy folyékony vízből gőzzé váljon. Ezek a tulajdonságok jellemzőek azokra az anyagokra, amelyeknél a polarizált molekulák hidrogénkötéseket képeznek.
