Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Як формуються полярні молекули
- Як утворюються водневі зв’язки
- Водневі зв’язки у воді
Полярні молекули, що включають атом водню, можуть утворювати електростатичні зв’язки, які називаються водневими зв’язками. Атом водню унікальний тим, що 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 над ковалентними та іонними зв’язками, які є основою більшості сполук. Водневі зв’язки можуть надавати сполукам особливі властивості і можуть зробити матеріали більш стійкими, ніж сполуки, які не можуть утворювати водневі зв’язки.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Полярні молекули, що включають атом водню в ковалентний зв’язок, мають негативний заряд на одному кінці молекули і позитивний заряд на протилежному кінці. Один електрон з атома водню мігрує в інший ковалентно пов'язаний атом, залишаючи позитивно заряджений протон водню. Протон притягується до негативно зарядженого кінця інших молекул, утворюючи електростатичний зв’язок з одним з інших електронів. Цей електростатичний зв’язок називається водневим зв’язком.
Як формуються полярні молекули
У ковалентних зв’язках атоми ділять електрони, утворюючи стійку сполуку. У неполярних ковалентних зв’язках електрони діляться порівну. Наприклад, у неполярному пептидному зв’язку електрони діляться однаково між атомом вуглецю карбонільної групи вуглець-киснем та атомом азоту амідно-водневої групи аміду.
Для полярних молекул електрони, що поділяються в ковалентній зв'язку, мають тенденцію збиратися на одній стороні 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 асоційованого білка обумовлена водневими зв’язками між атомом кисню карбонільної групи та атомом водню амідної групи.
Типові ковалентні конфігурації зв’язків парні атоми, які мають у своїй зовнішній оболонці кілька електронів, з тими, яким для завершення зовнішньої оболонки потрібно однакова кількість електронів. Атоми ділять зайві електрони з колишнього атома, і кожен атом деякий час має повну зовнішню електронну оболонку.
Часто атом, якому потрібні додаткові електрони для завершення зовнішньої оболонки, притягує електрони сильніше, ніж атом, що забезпечує зайві електрони. У цьому випадку електрони не розподіляються рівномірно, і вони проводять більше часу з атомом, що приймає. В результаті атом, що приймає, має тенденцію до негативного заряду, а атом донора позитивно заряджений. Такі молекули поляризовані.
Як утворюються водневі зв’язки
Молекули, що включають ковалентно пов'язаний атом водню, часто поляризовані, оскільки одиничний електрон атома водню порівняно вільно тримається. Він легко мігрує на інший атом ковалентного зв’язку, залишаючи єдиний позитивно заряджений протон атома водню з одного боку.
Коли атом водню втрачає електрон, він може утворювати міцний електростатичний зв’язок, оскільки, на відміну від інших атомів, у нього більше немає електронів, що захищають позитивний заряд. Протон притягується до електронів інших молекул, а отриманий зв’язок називається водневим зв’язком.
Водневі зв’язки у воді
Молекули води, з хімічною формулою H2О, поляризовані і утворюють міцні водневі зв’язки. Один атом кисню утворює ковалентні зв’язки з двома атомами водню, але не поділяє електрони однаково. Два електрони водню проводять більшу частину свого часу з атомом кисню, який стає негативно зарядженим. Два атома 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 її молекулами, вона має кілька незвичайних властивостей. Вода має винятково сильне поверхневий натяг, має незвично високу температуру кипіння і потребує багато енергії для переходу з рідкої води в пару. Такі властивості характерні для матеріалів, для яких поляризовані молекули утворюють водневі зв’язки.