水素原子を含む極性分子は、水素結合と呼ばれる静電結合を形成する可能性があります。 水素原子は、単一の陽子の周りの単一の電子で構成されているという点で独特です。 電子が分子内の他の原子に引き付けられると、露出した陽子の正電荷によって分子が分極します。
このメカニズムにより、このような分子は、ほとんどの化合物の基礎である共有結合およびイオン結合に加えて、強力な水素結合を形成できます。 水素結合は、化合物に特別な特性を与えることができ、水素結合を形成できない化合物よりも材料をより安定させることができます。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
共有結合に水素原子を含む極性分子は、分子の一方の端に負の電荷があり、反対側の端に正の電荷があります。 水素原子からの単一電子は、他の共有結合した原子に移動し、正に帯電した水素陽子を露出させたままにします。 プロトンは他の分子の負に帯電した端に引き付けられ、他の電子の1つと静電結合を形成します。 この静電結合は水素結合と呼ばれます。
極性分子の形成方法
共有結合では、原子が電子を共有して安定した化合物を形成します。 非極性共有結合では、電子は等しく共有されます。 たとえば、非極性ペプチド結合では、電子は炭素-酸素カルボニル基の炭素原子と窒素-水素アミド基の窒素原子の間で等しく共有されます。
極性分子の場合、共有結合で共有される電子は分子の一方の側に集まる傾向があり、もう一方の側は正に帯電します。 原子の1つは共有結合の他の原子よりも電子に対する親和力が高いため、電子は移動します。 たとえば、ペプチド結合自体は非極性ですが、関連するタンパク質の構造は カルボニル基の酸素原子とアミドの水素原子の間の水素結合に グループ。
典型的な共有結合構成は、外殻に複数の電子を持つ原子と、外殻を完成させるために同じ数の電子を必要とする原子をペアにします。 原子は前の原子からの余分な電子を共有し、各原子は時々完全な外側の電子殻を持っています。
多くの場合、外殻を完成させるために追加の電子を必要とする原子は、追加の電子を提供する原子よりも強く電子を引き付けます。 この場合、電子は均等に共有されず、受信原子とより多くの時間を費やします。 その結果、受容原子は負電荷を帯びる傾向があり、ドナー原子は正電荷を帯びます。 このような分子は分極しています。
水素結合が形成される方法
共有結合した水素原子を含む分子は、水素原子の単一電子が比較的緩く保持されているため、分極していることがよくあります。 それは共有結合の他の原子に容易に移動し、片側に水素原子の単一の正に帯電したプロトンを残します。
水素原子が電子を失うと、他の原子とは異なり、正電荷を遮蔽する電子がなくなるため、強力な静電結合を形成できます。 陽子は他の分子の電子に引き付けられ、結果として生じる結合は水素結合と呼ばれます。
水中の水素結合
化学式Hの水の分子2Oは分極しており、強い水素結合を形成します。 単一の酸素原子は2つの水素原子と共有結合を形成しますが、電子を均等に共有しません。 2つの水素電子は、ほとんどの時間を酸素原子と一緒に過ごします。酸素原子は負に帯電します。 2つの水素原子は正に帯電した陽子になり、他の水分子の酸素原子からの電子と水素結合を形成します。
水はその分子間にこれらの余分な結合を形成するため、いくつかの異常な特性があります。 水は表面張力が非常に強く、沸点が異常に高く、液体の水から蒸気に変化するために多くのエネルギーを必要とします。 このような特性は、分極した分子が水素結合を形成する材料に典型的なものです。