Hvordan danner polære molekyler hydrogenbindinger?

Polære molekyler, der inkluderer et brintatom, kan danne elektrostatiske bindinger kaldet brintbindinger. Brintatomet er unikt, idet det består af et enkelt elektron omkring en enkelt proton. Når elektronet tiltrækkes af de andre atomer i molekylet, resulterer den positive ladning af det eksponerede proton i molekylær polarisering.

Denne mekanisme gør det muligt for sådanne molekyler at danne stærke hydrogenbindinger ud over de kovalente og ioniske bindinger, som er grundlaget for de fleste forbindelser. Hydrogenbindinger kan give forbindelser særlige egenskaber og kan gøre materialer mere stabile end forbindelser, der ikke kan danne brintbindinger.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Polære molekyler, der inkluderer et hydrogenatom i en kovalent binding har en negativ ladning i den ene ende af molekylet og en positiv ladning i den modsatte ende. Den enkelte elektron fra hydrogenatom migrerer til det andet kovalent bundne atom, hvorved det positivt ladede hydrogenproton er eksponeret. Protonen tiltrækkes af den negativt ladede ende af andre molekyler og danner en elektrostatisk binding med en af de andre elektroner. Denne elektrostatiske binding kaldes en hydrogenbinding.
Hvordan polære molekyler dannes

I kovalente bindinger deler atomerne elektroner til dannelse af en stabil forbindelse. I ikke-polære kovalente bindinger deles elektronerne lige. For eksempel deles elektroner i en ikke-polær peptidbinding lige mellem carbonatomet i carbon-oxygen-carbonylgruppen og nitrogenatomet i nitrogen-hydrogenamidgruppen.

For polære molekyler deles elektronerne i en kovalent binding har en tendens til at samles på den ene side af molekylet, mens den anden side bliver positivt ladet. Elektronerne vandrer, fordi et af atomerne har en større affinitet for elektroner end de andre atomer i den kovalente binding. For eksempel, selv om peptidbindingen i sig selv er ikke-polær, skyldes strukturen af det associerede protein grundet hydrogenbindinger mellem oxygenatomet i carbonylgruppen og hydrogenatomet i amidgruppen.

Typisk kovalent binding konfigurationer parrer atomer, der har flere elektroner i deres ydre skal med dem, der har brug for det samme antal elektroner for at fuldføre deres ydre skal. Atomer deler de ekstra elektroner fra det tidligere atom, og hvert atom har en komplet ydre elektronskal noget af tiden.

Ofte tiltrækker atomet, der har brug for ekstra elektroner for at fuldføre sit ydre skal, elektronerne mere kraftigt end atom, der leverer de ekstra elektroner. I dette tilfælde deles elektronerne ikke jævnt, og de tilbringer mere tid med det modtagende atom. Som et resultat har det modtagende atom en negativ ladning, mens donoratom er positivt ladet. Sådanne molekyler er polariserede.
Sådan dannes hydrogenbindinger

Molekyler, der inkluderer et kovalent bundet brintatom, polariseres ofte, fordi det enkelte elektron af hydrogenatom holdes relativt løst. Det vandrer let til det andet atom i den kovalente binding og efterlader den enkelt positive ladede proton af hydrogenatomet på den ene side.

Når hydrogenatomet mister sit elektron, kan det danne en stærk elektrostatisk binding, fordi i modsætning til andre atomer, det har ikke længere elektroner, der afskærmer den positive ladning. Protonen tiltrækkes af elektronerne i de andre molekyler, og den resulterende binding kaldes en hydrogenbinding.
Hydrogenbindinger i vand

Vandmolekylerne med den kemiske formel H _{2O er polariseret og danner stærke brintbindinger. Det enkelte iltatom danner kovalente bindinger med de to hydrogenatomer, men deler ikke elektronerne lige. De to brintelektroner tilbringer det meste af deres tid med oxygenatomet, som bliver negativt ladet. De to hydrogenatomer bliver positivt ladede protoner og danner hydrogenbindinger med elektronerne fra iltatomerne i andre vandmolekyler.}

Fordi vand danner disse ekstra bindinger mellem dets molekyler, har det flere usædvanlige egenskaber. Vand har usædvanligt stærk overfladespænding, har et usædvanligt højt kogepunkt og kræver meget energi for at skifte fra flydende vand til damp. Sådanne egenskaber er typiske for materialer, for hvilke polariserede molekyler danner hydrogenbindinger.