A hidrogénkötés fontos téma a kémia területén, és ez alátámasztja sok olyan anyag viselkedését, amelyekkel nap mint nap kölcsönhatásba lépünk, különös tekintettel a vízre. A hidrogénkötés megértése és miért létezik, fontos lépés az intermolekuláris kötés és a kémia általánosabb megértésében. A hidrogénkötést végső soron a nettó elektromos töltés különbsége okozza bizonyos molekulák egyes részeiben. Ezek a töltött szakaszok más, azonos tulajdonságú molekulákat vonzanak.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A hidrogénkötést az okozza, hogy egyes molekulák atomjai hajlamosabbak az elektronokat vonzani, mint a kísérő atomok. Ez a molekulának állandó dipólus momentumot ad - ez sarkossá teszi -, így mágnesként viselkedik, és vonzza a többi poláris molekula ellenkező végét.
Elektronegativitás és állandó dipólus pillanatok
Az elektronegativitás tulajdonsága végül hidrogénkötést okoz. Amikor az atomok kovalensen kötődnek egymáshoz, osztoznak az elektronokban. A kovalens kötés tökéletes példájában az elektronok egyenlően oszlanak meg, így a megosztott elektronok körülbelül félúton vannak az egyik atom és a másik között. Ez azonban csak akkor áll fenn, amikor az atomok ugyanolyan hatékonyan vonzzák az elektronokat. Az atomok azon képessége, hogy vonzzák a kötő elektronokat, elektronegativitás néven ismertek, tehát ha az elektronok megoszlanak az atomok között azonos elektronegativitással, akkor az elektronok átlagosan nagyjából félúton vannak közöttük (mert az elektronok mozognak folyamatosan).
Ha az egyik atom elektronegatívabb, mint a másik, akkor a megosztott elektronok szorosabban vonzódnak ehhez az atomhoz. Azonban az elektronok töltődnek, így ha hajlamosabbak az egyik atom körül összegyűlni, mint a másikra, ez befolyásolja a molekula töltöttségi egyensúlyát. Ahelyett, hogy elektromosan semleges lenne, az elektronegatívabb atom enyhe nettó negatív töltést nyer. Ezzel szemben a kevésbé elektronegatív atom enyhe pozitív töltéssel rendelkezik. Ez a töltésbeli különbség olyan molekulát eredményez, amelyet állandó dipólus-momentumnak nevezünk, és ezeket gyakran poláris molekuláknak nevezik.
Hogyan működnek a hidrogénkötések
A poláris molekulák szerkezetében két töltött szakasz van. Ugyanúgy, ahogy a mágnes pozitív vége vonzza egy másik mágnes negatív végét, két poláris molekula ellentétes vége vonzhatja egymást. Ezt a jelenséget hidrogénkötésnek nevezzük, mivel a hidrogén kevésbé elektronegatív, mint az olyan molekulák, amelyekhez gyakran kötődik, például oxigénhez, nitrogénhez vagy fluorhoz. Amikor a molekula nettó pozitív töltésű hidrogén-vége közel kerül az oxigén-, nitrogén-, fluor- vagy más elektronegatív véghez, az eredmény egy molekula-molekula. kötés (intermolekuláris kötés), amely ellentétben áll a legtöbb más kötési formával, amellyel a kémia során találkozik, és felelős a különböző anyagok.
A hidrogénkötések körülbelül tízszer kevésbé erősek, mint az egyes molekulákat összetartó kovalens kötések. A kovalens kötéseket nehéz megszakítani, mert ez sok energiát igényel, de a hidrogénkötések elég gyengék ahhoz, hogy viszonylag könnyen megszakadjanak. Egy folyadékban sok molekula lökdösődik körülötte, és ez a folyamat ahhoz vezet, hogy a hidrogénkötések megszakadnak és megreformálódnak, ha az energia elegendő. Hasonlóképpen, az anyag melegítése hatására ugyanezen okból megszakad néhány hidrogénkötés.
Hidrogénkötés a vízben
Víz (H2Az O) jó példa a működésben lévő hidrogénkötésre. Az oxigénmolekula elektronegatívabb, mint a hidrogén, és mindkét hidrogénatom a molekula ugyanazon oldalán található egy „v” képződésben. Ez a vízmolekula hidrogénatomot tartalmazó oldalának nettó pozitív töltést, az oxigénoldali nettó negatív töltést eredményez. Az egyik vízmolekula hidrogénatomjai tehát kötődnek más vízmolekulák oxigénoldalához.
Két hidrogénatom áll rendelkezésre a vízben való hidrogénkötéshez, és mindegyik oxigénatom két másik forrásból is képes „elfogadni” a hidrogénkötéseket. Ez erősen tartja az intermolekuláris kötést, és megmagyarázza, miért van a víz magasabb forráspontja, mint az ammónia (ahol a nitrogén csak egy hidrogénkötést képes elfogadni). A hidrogénkötés azt is megmagyarázza, hogy a jég miért nagyobb térfogatot foglal el, mint ugyanaz a víztömeg: A hidrogénkötések a helyükön rögzülnek és szabályosabb szerkezetet adnak a víznek, mint amikor folyékony.