Polära molekyler som innehåller en väteatom kan bilda elektrostatiska bindningar som kallas vätebindningar. Väteatomen är unik genom att den består av en enda elektron runt en enda proton. När elektronen attraheras av de andra atomerna i molekylen, resulterar den positiva laddningen av den exponerade protonen i molekylär polarisering.
Denna mekanism tillåter sådana molekyler att bilda starka vätebindningar utöver de kovalenta och jonbindningarna som är basen för de flesta föreningar. Vätebindningar kan ge föreningar speciella egenskaper och kan göra material mer stabila än föreningar som inte kan bilda vätebindningar.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Polära molekyler som innehåller en väteatom i en kovalent bindning har en negativ laddning i ena änden av molekylen och en positiv laddning i motsatt ände. Den enda elektronen från väteatomen migrerar till den andra kovalent bundna atomen och lämnar den positivt laddade väteprotonen exponerad. Protonen lockas till den negativt laddade änden av andra molekyler och bildar en elektrostatisk bindning med en av de andra elektronerna. Denna elektrostatiska bindning kallas en vätebindning.
Hur polära molekyler bildas
I kovalenta bindningar delar atomer elektroner för att bilda en stabil förening. I icke-polära kovalenta bindningar delas elektronerna lika. I en icke-polär peptidbindning delas exempelvis elektroner lika mellan kolatomen i kol-syrekarbonylgruppen och kväveatomen i kväve-väteamidgruppen.
För polära molekyler tenderar elektronerna som delas i en kovalent bindning att samlas på ena sidan av molekylen medan den andra sidan blir positivt laddad. Elektronerna migrerar eftersom en av atomerna har större affinitet för elektroner än de andra atomerna i den kovalenta bindningen. Till exempel, medan peptidbindningen i sig är icke-polär, beror strukturen för det associerade proteinet till vätebindningar mellan syreatomen i karbonylgruppen och väteatomen i amiden grupp.
Typiska kovalenta bindningskonfigurationer parar atomer som har flera elektroner i sitt yttre skal med de som behöver samma antal elektroner för att slutföra sitt yttre skal. Atomerna delar de extra elektronerna från den tidigare atomen, och varje atom har ett komplett yttre elektronskal en del av tiden.
Ofta attraherar atomen som behöver extra elektroner för att komplettera sitt yttre skal elektronerna starkare än atomen som ger extra elektroner. I det här fallet delas inte elektronerna jämnt och de spenderar mer tid med den mottagande atomen. Som ett resultat tenderar den mottagande atomen att ha en negativ laddning medan donatoratomen är positivt laddad. Sådana molekyler är polariserade.
Hur väteobligationer bildas
Molekyler som innehåller en kovalent bunden väteatom polariseras ofta eftersom väteatomens enda elektron hålls relativt löst. Den migrerar lätt till den andra atomen i den kovalenta bindningen och lämnar väteatomens enda positivt laddade proton på ena sidan.
När väteatomen tappar sin elektron kan den bilda en stark elektrostatisk bindning eftersom den, till skillnad från andra atomer, inte längre har några elektroner som skyddar den positiva laddningen. Protonen attraheras av elektronerna i de andra molekylerna, och den resulterande bindningen kallas en vätebindning.
Vätebindningar i vatten
Molekylerna i vatten, med kemisk formel H2O, är polariserade och bildar starka vätebindningar. Den enda syreatomen bildar kovalenta bindningar med de två väteatomerna men delar inte elektronerna lika. De två vätelektronerna tillbringar större delen av sin tid med syreatomen, som blir negativt laddad. De två väteatomerna blir positivt laddade protoner och bildar vätebindningar med elektronerna från andra vattenmolekylers syreatomer.
Eftersom vatten bildar dessa extra bindningar mellan molekylerna har det flera ovanliga egenskaper. Vatten har exceptionellt stark ytspänning, har en ovanligt hög kokpunkt och kräver mycket energi för att växla från flytande vatten till ånga. Sådana egenskaper är typiska för material för vilka polariserade molekyler bildar vätebindningar.