Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Как се формират полярни молекули
- Как се образуват водородните връзки
- Водородни връзки във вода
Полярните молекули, които включват водороден атом, могат да образуват електростатични връзки, наречени водородни връзки. Водородният атом е уникален по това, че е съставен от един електрон около един протон. Когато електронът е привлечен от другите атоми в молекулата, положителният заряд на открития протон води до молекулярна поляризация.
Този механизъм позволява на такива молекули да образуват силни водородни връзки над и над ковалентните и йонните връзки, които са в основата на повечето съединения. Водородните връзки могат да дадат на съединенията специални свойства и могат да направят материалите по-стабилни от съединенията, които не могат да образуват водородни връзки.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Полярните молекули, които включват водороден атом в ковалентна връзка, имат отрицателен заряд от единия край на молекулата и положителен заряд от противоположния край. Единичният електрон от водородния атом мигрира към другия ковалентно свързан атом, оставяйки положително заредения водороден протон изложен. Протонът се привлича към отрицателно заредения край на други молекули, образувайки електростатична връзка с един от другите електрони. Тази електростатична връзка се нарича водородна връзка.
Как се формират полярни молекули
В ковалентни връзки атомите споделят електрони, за да образуват стабилно съединение. В неполярните ковалентни връзки електроните се делят еднакво. Например, в неполярна пептидна връзка, електроните се поделят еднакво между въглеродния атом на карбониловата група въглерод-кислород и азотния атом на азотно-водородната амидна група.
При полярните молекули електроните, споделени в ковалентна връзка, имат тенденция да се събират от едната страна на молекулата, докато другата страна става положително заредена. Електроните мигрират, защото един от атомите има по-голям афинитет към електроните, отколкото другите атоми в ковалентната връзка. Например, докато самата пептидна връзка е неполярна, структурата на свързания протеин се дължи на водородни връзки между кислородния атом на карбонилната група и водородния атом на амидната група.
Типичните ковалентни конфигурации на връзки чифт атоми, които имат няколко електрона във външната си обвивка с тези, които се нуждаят от същия брой електрони, за да завършат външната си обвивка. Атомите споделят допълнителните електрони от бившия атом и всеки атом има цялостна външна електронна обвивка през известно време.
Често атомът, който се нуждае от допълнителни електрони, за да завърши външната си обвивка, привлича електроните по-силно от атома, осигуряващ допълнителните електрони. В този случай електроните не се споделят равномерно и те прекарват повече време с приемащия атом. В резултат приемащият атом има тенденция да има отрицателен заряд, докато донорният атом е положително зареден. Такива молекули са поляризирани.
Как се образуват водородните връзки
Молекулите, които включват ковалентно свързан водороден атом, често са поляризирани, тъй като единичният електрон на водородния атом е сравнително свободно задържан. Лесно мигрира към другия атом на ковалентната връзка, оставяйки единствения положително зареден протон на водородния атом от едната страна.
Когато водородният атом загуби своя електрон, той може да образува силна електростатична връзка, тъй като, за разлика от други атоми, той вече няма електрони, екраниращи положителния заряд. Протонът е привлечен от електроните на другите молекули и получената връзка се нарича водородна връзка.
Водородни връзки във вода
Молекулите на водата, с химична формула H2О, са поляризирани и образуват силни водородни връзки. Единичният кислороден атом образува ковалентни връзки с двата водородни атома, но не споделя електроните еднакво. Двата водородни електрона прекарват по-голямата част от времето си с кислородния атом, който става отрицателно зареден. Двата водородни атома стават положително заредени протони и образуват водородни връзки с електроните от кислородните атоми на други водни молекули.
Тъй като водата образува тези допълнителни връзки между молекулите си, тя има няколко необичайни свойства. Водата има изключително силно повърхностно напрежение, има необичайно висока точка на кипене и изисква много енергия, за да се промени от течна вода в пара. Такива свойства са характерни за материали, за които поляризираните молекули образуват водородни връзки.