Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Hur polära molekyler bildas
- Hur vätebindningar bildas
- Vätebindningar i vatten
Polära molekyler som innehåller en väteatom kan bilda elektrostatiska bindningar som kallas vätebindningar. Väteatomen är unik genom att den består av en enda elektron runt en enda proton. När elektronen attraheras av de andra atomerna i molekylen resulterar den positiva laddningen för den exponerade protonen i molekylär polarisation.
Denna mekanism tillåter sådana molekyler att bilda starka vätebindningar utöver de kovalenta och joniska bindningarna som ligger till grund för de flesta föreningar. Vätebindningar kan ge föreningar speciella egenskaper och kan göra material mer stabila än föreningar som inte kan bilda vätebindningar.
TL; DR (för lång; läste inte)
Polära molekyler som inkluderar en väteatom i en kovalent bindning har en negativ laddning på ena änden av molekylen och en positiv laddning i motsatt ände. Den enskilda elektronen från väteatomen migrerar till den andra kovalent bundna atomen, vilket lämnar den positivt laddade väteprotonen exponerad. Protonen lockas till den negativt laddade änden av andra molekyler och bildar en elektrostatisk bindning med en av de andra elektronerna. Denna elektrostatiska bindning kallas en vätebindning.
Hur polära molekyler bildas
I kovalenta bindningar delar atomer elektron för att bilda en stabil förening. I icke-polära kovalenta bindningar delas elektronerna lika. I en icke-polär peptidbindning delas till exempel elektroner lika mellan kolatomen i kol-syre-karbonylgruppen och kväveatomen i kväve-väteamidgruppen.
För polära molekyler tenderar elektronerna som delas i en kovalent bindning att samlas på ena sidan av molekylen medan den andra sidan blir positivt laddad. Elektronerna migrerar eftersom en av atomerna har en större affinitet för elektroner än de andra atomerna i den kovalenta bindningen. Exempelvis, medan peptidbindningen i sig är icke-polär, beror strukturen på det associerade proteinet på vätebindningar mellan syreatom i karbonylgruppen och väteatomen i amidgruppen.
Typiska kovalenta bindningskonfigurationer kopplar samman atomer som har flera elektroner i sitt yttre skal med de som behöver samma antal elektroner för att slutföra sitt yttre skal. Atomerna delar extraelektronerna från den förra atomen, och varje atom har ett komplett yttre elektronskal en del av tiden.
Ofta attraherar atomen som behöver extraelektroner för att fullborda sitt yttre skal elektronerna starkare än atomen som tillhandahåller extraelektronerna. I detta fall delas inte elektronerna jämnt och de tillbringar mer tid med den mottagande atomen. Som ett resultat tenderar den mottagande atomen att ha en negativ laddning medan givaratom är positivt laddad. Sådana molekyler är polariserade.
Hur vätebindningar bildas
Molekyler som inkluderar en kovalent bunden väteatom är ofta polariserade eftersom väteatomens enskilda elektron hålls relativt löst. Den migrerar lätt till den andra atomen i den kovalenta bindningen och lämnar den enstaka positivt laddade protonen för väteatomen på ena sidan.
När väteatomen tappar sin elektron kan den bilda en stark elektrostatisk bindning eftersom den, till skillnad från andra atomer, inte längre har några elektroner som skyddar den positiva laddningen. Protonen attraheras av elektronerna från de andra molekylerna, och den resulterande bindningen kallas en vätebindning.
Vätebindningar i vatten
Vattenmolekylerna med den kemiska formeln H2O, är polariserade och bildar starka vätebindningar. Den enda syreatom bildar kovalenta bindningar med de två väteatomerna men delar inte elektronerna lika. De två väteelektronerna tillbringar större delen av sin tid med syreatomen, som blir negativt laddad. De två väteatomerna blir positivt laddade protoner och bildar vätebindningar med elektronerna från syreatomerna i andra vattenmolekyler.
Eftersom vatten bildar dessa extra bindningar mellan dess molekyler har det flera ovanliga egenskaper. Vatten har exceptionellt stark ytspänning, har en ovanligt hög kokpunkt och kräver mycket energi för att byta från flytande vatten till ånga. Sådana egenskaper är typiska för material för vilka polariserade molekyler bildar vätebindningar.