โมเลกุลของขั้วที่มีอะตอมไฮโดรเจนสามารถสร้างพันธะไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน อะตอมของไฮโดรเจนมีลักษณะเฉพาะที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนตัวเดียวรอบโปรตอนตัวเดียว เมื่ออิเล็กตรอนถูกดึงดูดไปยังอะตอมอื่นๆ ในโมเลกุล ประจุบวกของโปรตอนที่ถูกเปิดเผยจะส่งผลให้เกิดโพลาไรเซชันของโมเลกุล
กลไกนี้ช่วยให้โมเลกุลดังกล่าวสร้างพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงเหนือและเหนือพันธะโควาเลนต์และไอออนิกที่เป็นพื้นฐานของสารประกอบส่วนใหญ่ พันธะไฮโดรเจนสามารถให้คุณสมบัติพิเศษของสารประกอบ และสามารถทำให้วัสดุมีความเสถียรมากกว่าสารประกอบที่ไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
โมเลกุลของขั้วที่มีอะตอมไฮโดรเจนในพันธะโควาเลนต์มีประจุลบที่ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลและมีประจุบวกที่ปลายอีกด้าน อิเล็กตรอนเดี่ยวจากอะตอมไฮโดรเจนจะย้ายไปยังอะตอมอื่นที่มีพันธะโควาเลนต์ ปล่อยให้โปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกถูกเปิดเผย โปรตอนถูกดึงดูดไปยังปลายที่มีประจุลบของโมเลกุลอื่น ทำให้เกิดพันธะไฟฟ้าสถิตกับอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่ง พันธะไฟฟ้าสถิตนี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
โมเลกุลของขั้วก่อตัวอย่างไร
ในพันธะโควาเลนต์ อะตอมจะแบ่งอิเล็กตรอนเพื่อสร้างสารประกอบที่เสถียร ในพันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้ว อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งอย่างเท่าเทียมกัน ตัวอย่างเช่น ในพันธะเปปไทด์ที่ไม่มีขั้ว อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างอะตอมของคาร์บอนของกลุ่มคาร์บอนิลคาร์บอน-คาร์บอนิลและอะตอมไนโตรเจนของกลุ่มเอไมด์ไนโตรเจน-ไฮโดรเจน
สำหรับโมเลกุลขั้ว อิเล็กตรอนร่วมในพันธะโควาเลนต์มักจะรวมตัวกันที่ด้านหนึ่งของโมเลกุลในขณะที่อีกด้านหนึ่งจะมีประจุบวก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เนื่องจากอะตอมหนึ่งมีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนมากกว่าอะตอมอื่นในพันธะโควาเลนต์ ตัวอย่างเช่น ในขณะที่พันธะเปปไทด์นั้นไม่มีขั้ว แต่โครงสร้างของโปรตีนที่เกี่ยวข้องนั้นเป็นเพราะ พันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอมออกซิเจนของกลุ่มคาร์บอนิลและอะตอมไฮโดรเจนของเอไมด์ กลุ่ม.
การกำหนดค่าพันธะโควาเลนต์โดยทั่วไปจะจับคู่อะตอมที่มีอิเล็กตรอนหลายตัวในเปลือกนอกกับอิเล็กตรอนที่ต้องการจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันเพื่อทำให้เปลือกนอกของพวกมันสมบูรณ์ อะตอมแบ่งอิเล็กตรอนพิเศษจากอะตอมเดิม และแต่ละอะตอมมีเปลือกอิเล็กตรอนภายนอกที่สมบูรณ์ในบางครั้ง
บ่อยครั้งที่อะตอมที่ต้องการอิเล็กตรอนพิเศษเพื่อทำให้เปลือกนอกของมันสมบูรณ์ดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงกว่าอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนพิเศษ ในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะไม่เท่ากันและใช้เวลากับอะตอมที่ได้รับมากขึ้น เป็นผลให้อะตอมที่ได้รับมีแนวโน้มที่จะมีประจุลบในขณะที่อะตอมของผู้บริจาคมีประจุบวก โมเลกุลดังกล่าวมีขั้ว
พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นได้อย่างไร
โมเลกุลที่มีอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกพันธะด้วยโควาเลนต์มักถูกโพลาไรซ์เนื่องจากอิเล็กตรอนเดี่ยวของอะตอมไฮโดรเจนนั้นค่อนข้างหลวม มันอพยพไปยังอีกอะตอมหนึ่งของพันธะโควาเลนต์อย่างง่ายดาย โดยปล่อยให้โปรตอนที่มีประจุบวกเพียงตัวเดียวของอะตอมไฮโดรเจนอยู่ด้านหนึ่ง
เมื่ออะตอมของไฮโดรเจนสูญเสียอิเล็กตรอนไป ก็สามารถสร้างพันธะไฟฟ้าสถิตที่แข็งแรงได้ เนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนไม่มีอิเลคตรอนที่ป้องกันประจุบวกอีกต่อไป โปรตอนถูกดึงดูดไปยังอิเล็กตรอนของโมเลกุลอื่น และพันธะที่ได้จะเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
พันธะไฮโดรเจนในน้ำ
โมเลกุลของน้ำ ด้วยสูตรเคมี H2O ถูกโพลาไรซ์และสร้างพันธะไฮโดรเจนที่แรง อะตอมของออกซิเจนเดี่ยวสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม แต่แบ่งอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน อิเล็กตรอนไฮโดรเจนสองตัวใช้เวลาส่วนใหญ่กับอะตอมออกซิเจนซึ่งจะมีประจุลบ อะตอมของไฮโดรเจนทั้งสองกลายเป็นโปรตอนที่มีประจุบวกและสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอิเล็กตรอนจากอะตอมออกซิเจนของโมเลกุลน้ำอื่น ๆ
เนื่องจากน้ำสร้างพันธะพิเศษเหล่านี้ระหว่างโมเลกุล น้ำจึงมีคุณสมบัติผิดปกติหลายประการ น้ำมีแรงตึงผิวสูงเป็นพิเศษ มีจุดเดือดสูงผิดปกติ และต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเปลี่ยนจากน้ำของเหลวเป็นไอน้ำ คุณสมบัติดังกล่าวเป็นเรื่องปกติของวัสดุที่โมเลกุลโพลาไรซ์สร้างพันธะไฮโดรเจน