Polare molekyler som inkluderer et hydrogenatom kan danne elektrostatiske bindinger kalt hydrogenbindinger. Hydrogenatomet er unikt ved at det består av et enkelt elektron rundt et enkelt proton. Når elektronet tiltrekkes av de andre atomene i molekylet, resulterer den positive ladningen til den eksponerte protonen i molekylær polarisering.
Denne mekanismen tillater slike molekyler å danne sterke hydrogenbindinger utover de kovalente og ioniske bindinger som er grunnlaget for de fleste forbindelser. Hydrogenbindinger kan gi forbindelser spesielle egenskaper og kan gjøre materialer mer stabile enn forbindelser som ikke kan danne hydrogenbindinger.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Polare molekyler som inkluderer et hydrogenatom i en kovalent binding har en negativ ladning i den ene enden av molekylet og en positiv ladning i den motsatte enden. Enkeltelektronet fra hydrogenatomet migrerer til det andre kovalent bundne atom, og etterlater det positivt ladede hydrogenprotonen eksponert. Protonen tiltrekkes av den negativt ladede enden av andre molekyler, og danner en elektrostatisk binding med en av de andre elektronene. Denne elektrostatiske bindingen kalles en hydrogenbinding.
Hvordan polare molekyler dannes
I kovalente bindinger deler atomer elektroner for å danne en stabil forbindelse. I ikke-polære kovalente bindinger deles elektronene likt. For eksempel deles elektroner i en ikke-polær peptidbinding likt mellom karbonatomet i karbon-oksygenkarbonylgruppen og nitrogenatomet i nitrogen-hydrogenamidgruppen.
For polare molekyler har elektronene som deles i en kovalent binding, en tendens til å samles på den ene siden av molekylet mens den andre siden blir positivt ladet. Elektronene vandrer fordi et av atomene har større affinitet for elektroner enn de andre atomer i den kovalente bindingen. For eksempel, mens peptidbindingen i seg selv er upolær, skyldes strukturen til det assosierte proteinet til hydrogenbindinger mellom oksygenatomet i karbonylgruppen og hydrogenatomet i amidet gruppe.
Typiske kovalente bindingskonfigurasjoner parer atomer som har flere elektroner i det ytre skallet med de som trenger samme antall elektroner for å fullføre det ytre skallet. Atomene deler de ekstra elektronene fra det tidligere atomet, og hvert atom har et komplett ytre elektronskall en del av tiden.
Ofte tiltrekker atomet som trenger ekstra elektroner for å fullføre det ytre skallet elektronene sterkere enn atomet som gir ekstra elektroner. I dette tilfellet deles ikke elektronene jevnt, og de bruker mer tid med mottaksatomet. Som et resultat har det mottakende atomet en tendens til å ha en negativ ladning mens donoratomet er positivt ladet. Slike molekyler er polariserte.
Hvordan hydrogenobligasjoner dannes
Molekyler som inkluderer et kovalent bundet hydrogenatom blir ofte polarisert fordi den enkelt elektron av hydrogenatomet holdes relativt løst. Den vandrer lett til det andre atomet i den kovalente bindingen, og etterlater den eneste positivt ladede protonen til hydrogenatomet på den ene siden.
Når hydrogenatomet mister elektronet, kan det danne en sterk elektrostatisk binding fordi den, i motsetning til andre atomer, ikke lenger har elektroner som beskytter den positive ladningen. Protonen tiltrekkes av elektronene til de andre molekylene, og den resulterende bindingen kalles en hydrogenbinding.
Hydrogenbindinger i vann
Molekylene i vann, med kjemisk formel H2O, er polariserte og danner sterke hydrogenbindinger. Det eneste oksygenatomet danner kovalente bindinger med de to hydrogenatomene, men deler ikke elektronene likt. De to hydrogenelektronene tilbringer mesteparten av tiden med oksygenatomet, som blir negativt ladet. De to hydrogenatomene blir positivt ladede protoner og danner hydrogenbindinger med elektronene fra oksygenatomene til andre vannmolekyler.
Fordi vann danner disse ekstra båndene mellom molekylene, har det flere uvanlige egenskaper. Vann har usedvanlig sterk overflatespenning, har et uvanlig høyt kokepunkt og krever mye energi for å skifte fra flytende vann til damp. Slike egenskaper er typiske for materialer som polariserte molekyler danner hydrogenbindinger for.