Hvad forårsager hydrogenbinding?

TL; DR (for længe, ​​ikke læst)

Hydrogenbinding skyldes tendensen af ​​nogle atomer i molekyler til at tiltrække elektroner mere end deres ledsagende atom. Dette giver molekylet et permanent dipolmoment - det gør det polært - så det virker som en magnet og tiltrækker den modsatte ende af andre polære molekyler.

Elektronegativitet og permanente dipole Moments

Ejendommen elektronegativitet forårsager i sidste ende hydrogenbinding. Når atomer er kovalent bundet til hinanden, deler de elektroner. I et perfekt eksempel på kovalent binding forbinder elektronerne ligeligt, så de delte elektroner er omkring halvvejs mellem et atom og det andet. Dette er dog kun tilfældet, når atomerne er lige så effektive til at tiltrække elektroner. Atomernes evne til at tiltrække bindingselektronerne er kendt som elektronegativitet, så hvis elektroner deles mellem atomer med samme elektronegativitet, er elektronerne omtrent halvvejs mellem dem i gennemsnit (fordi elektronerne bevæger sig kontinuerligt).

Hvis et atom er mere electronegative end det andet, de delte elektroner er mere nært tiltrukket af det atom. Men elektroner opkræves, så hvis de er mere tilbøjelige til at samles omkring et atom end det andet, påvirker dette molekylets balance. I stedet for at være elektrisk neutral, får det mere elektronegative atom en lille netto negativ ladning. Omvendt slutter det mindre elektronegative atom med en lille positiv ladning. Denne forskel i ladning producerer et molekyle med det, der kaldes et permanent dipolmoment, og disse kaldes ofte polære molekyler.

Hvordan hydrogenbindinger virker
Polar molekyler har to ladede sektioner i deres struktur. På samme måde som den positive ende af en magnet tiltrækker den anden ende af en anden magnet, kan de modsatte ender af to polære molekyler tiltrække hinanden. Dette fænomen kaldes hydrogenbinding, fordi hydrogen er mindre electronegativ end molekyler, det bindes ofte sammen med oxygen, nitrogen eller fluor. Når molekylets hydrogenende med en positiv nettoladning kommer tæt på oxygen, nitrogen, fluor eller en anden elektronegativ ende, er resultatet en molekylmolekylbinding (en intermolekylær binding), som er i modsætning til de fleste andre former for binding, som du støder på i kemi, og det er ansvarlig for nogle af de unikke egenskaber af forskellige stoffer.

Hydrogenbindinger er ca. 10 gange mindre stærke end de kovalente bindinger, der holder de enkelte molekyler sammen. Kovalente bindinger er svære at bryde, fordi det kræver meget energi, men hydrogenbindinger er svage nok til at blive brudt relativt let. I en væske er der masser af molekyler, der virker rundt, og denne proces fører til, at hydrogenbindinger bryder og reformerer, når energien er tilstrækkelig. På samme måde bryder opvarmning af stoffet nogle brintbindinger af den samme grund.

Hydrogenbinding i vand

Vand (H _{2O) er et godt eksempel på hydrogenbinding i aktion. Oxygenmolekylet er mere electronegativt end hydrogen, og begge hydrogenatomer er på samme side af molekylet i en "v" -dannelse. Dette giver vandmolekylets side med hydrogenatomerne en positiv netopladning og iltsiden en netto negativ ladning. Hydrogenatomer i et vandmolekyle binder derfor til iltsiden af ​​andre vandmolekyler.}

Der findes to hydrogenatomer til hydrogenbinding i vand, og hvert oxygenatom kan "acceptere" hydrogenbindinger fra to andre kilder. Dette holder den intermolekylære binding stærk og forklarer hvorfor vand har et højere kogepunkt end ammoniak (hvor nitrogenet kun kan acceptere en hydrogenbinding). Hydrogenbindingen forklarer også, hvorfor isen optager mere volumen end den samme masse vand: Brintbindene bliver fastgjort på plads og giver vandet mere regelmæssig struktur end når det er en væske.