Poliarinės molekulės, kuriose yra vandenilio atomas, gali sudaryti elektrostatinius ryšius, vadinamus vandenilio ryšiais. Vandenilio atomas yra unikalus tuo, kad jį sudaro vienas elektronas aplink vieną protoną. Kai elektroną pritraukia kiti molekulės atomai, veikiamo protono teigiamas krūvis lemia molekulinę poliarizaciją.
Šis mechanizmas leidžia tokioms molekulėms užmegzti stiprius vandenilio ryšius virš kovalentinių ir joninių ryšių, kurie yra daugumos junginių pagrindas. Vandenilio jungtys gali suteikti junginiams ypatingų savybių ir padaryti medžiagas stabilesnes nei junginiai, kurie negali sudaryti vandenilio jungtys.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Poliarinės molekulės, kurių vandenilio atomą sudaro kovalentinis ryšys, turi neigiamą krūvį viename molekulės gale ir teigiamą krūvį priešingame gale. Vandenilio atomo vienas elektronas migruoja į kitą kovalentiškai sujungtą atomą, palikdamas teigiamai įkrautą vandenilio protoną. Protoną traukia neigiamai įkrautas kitų molekulių galas, susidarantis elektrostatiniu ryšiu su vienu iš kitų elektronų. Ši elektrostatinė jungtis vadinama vandenilio jungtimi.
Kaip susidaro polinės molekulės
Esant kovalentiniams ryšiams, atomai dalijasi elektronais ir sudaro stabilų junginį. Esant nepoliniams kovalentiniams ryšiams, elektronai dalijasi po lygiai. Pavyzdžiui, nepoliariniame peptidiniame ryšyje elektronai dalijasi po lygiai anglies-deguonies karbonilo grupės anglies atomą ir azoto-vandenilio amido grupės azoto atomą.
Poliarinėms molekulėms kovalentinėje jungtyje pasidaliję elektronai linkę kauptis vienoje molekulės pusėje, o kita pusė tampa teigiamai įkrauta. Elektronai migruoja, nes vienas iš atomų turi didesnį afinitetą elektronams nei kiti kovalentinės jungties atomai. Pavyzdžiui, nors pats peptidinis ryšys yra nepolinis, susijusio baltymo struktūra yra dėl to prie vandenilio jungčių tarp karbonilo grupės deguonies atomo ir amido vandenilio atomo grupė.
Tipiškos kovalentinių ryšių konfigūracijos susieja atomus, kurių išoriniame apvalkale yra keli elektronai, su tais, kurių išoriniam apvalkalui užbaigti reikia tiek pat elektronų. Atomai dalijasi papildomais elektronais iš buvusio atomo, o kiekvienas atomas tam tikrą laiką turi pilną išorinį elektronų apvalkalą.
Dažnai atomas, kuriam reikia papildomų elektronų, kad užbaigtų savo išorinį apvalkalą, pritraukia elektronus stipriau nei atomas, teikiantis papildomus elektronus. Tokiu atveju elektronai nėra pasidalijami tolygiai, ir jie praleidžia daugiau laiko su priimančiuoju atomu. Todėl priimantis atomas turi neigiamą krūvį, o donoro atomas yra teigiamai įkrautas. Tokios molekulės yra poliarizuotos.
Kaip susidaro vandenilio jungtys
Molekulės, kuriose yra kovalentiškai sujungto vandenilio atomo, dažnai būna poliarizuotos, nes vienas vandenilio atomo elektronas laikomas palyginti laisvai. Jis lengvai migruoja į kitą kovalentinio ryšio atomą, palikdamas vieną teigiamai įkrautą vandenilio atomo protoną vienoje pusėje.
Praradęs elektroną, vandenilio atomas gali suformuoti stiprią elektrostatinę jungtį, nes, skirtingai nuo kitų atomų, jis nebeturi jokių elektronų, apsaugančių teigiamą krūvį. Protoną traukia kitų molekulių elektronai, o susidaręs ryšys vadinamas vandenilio ryšiu.
Vandenilio jungtys vandenyje
Vandens molekulės, kurių cheminė formulė H2O yra poliarizuoti ir sudaro stiprius vandenilio ryšius. Vienintelis deguonies atomas sudaro kovalentinius ryšius su dviem vandenilio atomais, tačiau elektronai nesidalija vienodai. Du vandenilio elektronai didžiąją laiko dalį praleidžia su deguonies atomu, kuris tampa neigiamai įkrautas. Du vandenilio atomai tampa teigiamai įkrautais protonais ir sudaro vandenilio ryšius su elektronais iš kitų vandens molekulių deguonies atomų.
Kadangi vanduo sukuria šias papildomas jungtis tarp savo molekulių, jis turi keletą neįprastų savybių. Vandens paviršiaus įtempimas yra ypač stiprus, jo virimo temperatūra yra neįprastai aukšta, todėl norint iš skysto vandens virsti garu, reikia daug energijos. Tokios savybės būdingos medžiagoms, kurioms poliarizuotos molekulės sudaro vandenilio ryšius.
