Як полярні молекули утворюють водневі зв’язки?

Полярні молекули, що включають атом водню, можуть утворювати електростатичні зв’язки, які називаються водневими зв’язками. Атом Гідрогену унікальний тим, що він складається з одного електрона навколо одного протона. Коли електрон притягується до інших атомів у молекулі, позитивний заряд відкритого протона призводить до молекулярної поляризації.

Цей механізм дозволяє таким молекулам утворювати міцні водневі зв’язки понад ковалентні та іонні зв’язки, які є основою більшості сполук. Водневі зв’язки можуть надати сполукам особливі властивості і можуть зробити матеріали більш стійкими, ніж сполуки, які не можуть утворювати водневі зв’язки.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Полярні молекули, що містять атом водню в ковалентному зв’язку, мають негативний заряд на одному кінці молекули і позитивний заряд на протилежному кінці. Поодинокий електрон від атома Гідрогену мігрує до іншого ковалентно зв’язаного атома, залишаючи позитивно зарядженим протон водню відкритим. Протон притягується до негативно зарядженого кінця інших молекул, утворюючи електростатичний зв’язок з одним з інших електронів. Цей електростатичний зв’язок називається водневим.

У ковалентних зв’язках атоми ділять електрони, утворюючи стійку сполуку. У неполярних ковалентних зв’язках електрони розподіляються порівну. Наприклад, у неполярному пептидному зв’язку електрони розподіляються порівну між атомом вуглецю вуглець-кисневої карбонільної групи та атомом азоту азотно-водневої амідної групи.

Для полярних молекул електрони, що перебувають у ковалентному зв’язку, мають тенденцію збиратися з одного боку молекули, тоді як інша сторона стає позитивно зарядженою. Електрони мігрують, оскільки один з атомів має більшу спорідненість до електронів, ніж інші атоми в ковалентному зв’язку. Наприклад, хоча сам пептидний зв’язок неполярний, структура відповідного білка є належною до водневих зв’язків між атомом кисню карбонільної групи та атомом водню аміду групи.

Типові конфігурації ковалентного зв'язку з’єднують атоми, у яких у зовнішній оболонці є кілька електронів, з тими, яким для завершення зовнішньої оболонки потрібна однакова кількість електронів. Атоми діляться додатковими електронами від колишнього атома, і кожен атом частину часу має повну зовнішню електронну оболонку.

Часто атом, якому потрібні додаткові електрони, щоб завершити свою зовнішню оболонку, приваблює електрони сильніше, ніж атом, що забезпечує додаткові електрони. У цьому випадку електрони розподіляються не рівномірно, і вони проводять більше часу з приймаючим атомом. В результаті одержуючий атом має тенденцію мати негативний заряд, тоді як донорний атом заряджений позитивно. Такі молекули поляризовані.

Молекули, що включають ковалентно зв'язаний атом водню, часто поляризовані, оскільки одиничний електрон атома водню утримується порівняно вільно. Він легко мігрує до іншого атома ковалентного зв’язку, залишаючи поодинокий позитивно заряджений протон атома Гідрогену з одного боку.

Коли атом водню втрачає електрон, він може утворити міцний електростатичний зв’язок, оскільки, на відміну від інших атомів, у нього вже немає електронів, що захищають позитивний заряд. Протон притягується до електронів інших молекул, і отриманий зв’язок називається водневим зв’язком.

Молекули води з хімічною формулою Н₂O, поляризовані і утворюють міцні водневі зв’язки. Поодинокий атом кисню утворює ковалентні зв’язки з двома атомами водню, але не розподіляє електрони порівну. Два електрони водню проводять більшу частину часу з атомом кисню, який стає негативно зарядженим. Два атоми водню стають позитивно зарядженими протонами і утворюють водневі зв’язки з електронами з атомів кисню інших молекул води.

Оскільки вода утворює ці додаткові зв’язки між своїми молекулами, вона має кілька незвичних властивостей. Вода має надзвичайно сильний поверхневий натяг, має надзвичайно високу температуру кипіння і вимагає багато енергії для перетворення з рідкої води на пару. Такі властивості характерні для матеріалів, для яких поляризовані молекули утворюють водневі зв’язки.