Ako polárne molekuly vytvárajú vodíkové väzby?

Polárne molekuly, ktoré obsahujú atóm vodíka, môžu vytvárať elektrostatické väzby nazývané vodíkové väzby. Atóm vodíka je jedinečný v tom, že je tvorený jedným elektrónom okolo jedného protónu. Keď je elektrón priťahovaný k ostatným atómom v molekule, kladný náboj exponovaného protónu vedie k molekulárnej polarizácii.

Tento mechanizmus umožňuje takýmto molekulám vytvárať silné vodíkové väzby nad a nad kovalentnými a iónovými väzbami, ktoré sú základom väčšiny zlúčenín. Vodíkové väzby môžu dať zlúčeninám špeciálne vlastnosti a môžu spôsobiť, že materiály budú stabilnejšie ako zlúčeniny, ktoré nemôžu vytvárať vodíkové väzby.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Polárne molekuly, ktoré obsahujú atóm vodíka v kovalentnej väzbe, majú negatívny náboj na jednom konci molekuly a pozitívny náboj na opačnom konci. Jediný elektrón z atómu vodíka migruje na druhý kovalentne viazaný atóm a kladne nabitý vodíkový protón necháva odkrytý. Protón je priťahovaný k záporne nabitému koncu iných molekúl a vytvára elektrostatickú väzbu s jedným z ďalších elektrónov. Táto elektrostatická väzba sa nazýva vodíková väzba.

V kovalentných väzbách atómy zdieľajú elektróny a vytvárajú stabilnú zlúčeninu. V nepolárnych kovalentných väzbách sú elektróny zdieľané rovnako. Napríklad v nepolárnej peptidovej väzbe sú elektróny rozdelené rovnakým dielom medzi atóm uhlíka karbonylovej skupiny uhlík-kyslík a atóm dusíka skupiny dusík-vodík.

Pre polárne molekuly majú elektróny zdieľané v kovalentnej väzbe tendenciu zhromažďovať sa na jednej strane molekuly, zatiaľ čo druhá strana sa stáva kladne nabitá. Elektróny migrujú, pretože jeden z atómov má väčšiu afinitu k elektrónom ako ostatné atómy v kovalentnej väzbe. Napríklad zatiaľ čo samotná peptidová väzba je nepolárna, štruktúra súvisiaceho proteínu je dôsledkom na vodíkové väzby medzi atómom kyslíka karbonylovej skupiny a atómom vodíka amidu skupina.

Typické konfigurácie kovalentných väzieb spájajú atómy, ktoré majú vo svojom vonkajšom obale niekoľko elektrónov s tými, ktoré na dokončenie svojho vonkajšieho obalu potrebujú rovnaký počet elektrónov. Atómy zdieľajú ďalšie elektróny z bývalého atómu a každý atóm má niekedy úplnú vonkajšiu elektrónovú škrupinu.

Atóm, ktorý potrebuje ďalšie elektróny na dokončenie svojho vonkajšieho obalu, často priťahuje elektróny silnejšie ako atóm poskytujúci ďalšie elektróny. V tomto prípade nie sú elektróny zdieľané rovnomerne a trávia viac času s prijímajúcim atómom. Výsledkom je, že prijímajúci atóm má sklon k zápornému náboju, zatiaľ čo donorový atóm je kladne nabitý. Takéto molekuly sú polarizované.

Molekuly, ktoré obsahujú kovalentne viazaný atóm vodíka, sú často polarizované, pretože jediný elektrón atómu vodíka je pomerne voľne držaný. Ľahko migruje na druhý atóm kovalentnej väzby, pričom na jednej strane zostáva jediný kladne nabitý protón atómu vodíka.

Keď atóm vodíka stratí svoj elektrón, môže vytvoriť silnú elektrostatickú väzbu, pretože na rozdiel od iných atómov už nemá žiadne elektróny tieniace kladný náboj. Protón je priťahovaný k elektrónom ďalších molekúl a výsledná väzba sa nazýva vodíková väzba.

Molekuly vody s chemickým vzorcom H₂O, sú polarizované a tvoria silné vodíkové väzby. Jediný atóm kyslíka vytvára kovalentné väzby s dvoma atómami vodíka, ale nezdieľa elektróny rovnako. Dva vodíkové elektróny trávia väčšinu času s atómom kyslíka, ktorý sa stáva negatívne nabitým. Dva atómy vodíka sa stanú kladne nabitými protónmi a vytvárajú vodíkové väzby s elektrónmi z atómov kyslíka iných molekúl vody.

Pretože voda vytvára tieto extra väzby medzi svojimi molekulami, má niekoľko neobvyklých vlastností. Voda má mimoriadne silné povrchové napätie, neobvykle vysoký bod varu a na premenu tekutej vody na paru vyžaduje veľa energie. Takéto vlastnosti sú typické pre materiály, pre ktoré polarizované molekuly vytvárajú vodíkové väzby.