โมเลกุลของโพลาร์ทำพันธะไฮโดรเจนได้อย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• โมเลกุลของขั้วโลกก่อตัวอย่างไร
• วิธีการสร้างพันธะไฮโดรเจน
• พันธะไฮโดรเจนในน้ำ

โมเลกุลขั้วโลกที่รวมอะตอมไฮโดรเจนสามารถสร้างพันธะไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน อะตอมไฮโดรเจนนั้นมีลักษณะเฉพาะซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนเดี่ยวรอบโปรตอนเดี่ยว เมื่ออิเล็กตรอนถูกดึงดูดไปยังอะตอมอื่นในโมเลกุลประจุบวกของโปรตอนที่ถูกสัมผัสจะส่งผลให้เกิดการเกิดขั้วของโมเลกุล

กลไกนี้ช่วยให้โมเลกุลดังกล่าวสร้างพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงเหนือพันธะโควาเลนต์และอิออนิกซึ่งเป็นพื้นฐานของสารประกอบส่วนใหญ่ พันธะไฮโดรเจนสามารถให้คุณสมบัติพิเศษของสารประกอบและสามารถทำให้วัสดุมีความเสถียรมากกว่าสารประกอบที่ไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

โมเลกุลขั้วโลกที่รวมอะตอมไฮโดรเจนในพันธะโควาเลนต์มีประจุลบที่ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลและประจุบวกที่ปลายด้านตรงข้าม อิเล็กตรอนตัวเดียวจากอะตอมไฮโดรเจนจะย้ายไปยังอะตอมที่มีพันธะโควาเลนต์อื่น ๆ ทำให้โปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกถูกเปิดออก โปรตอนจะถูกดึงดูดไปยังจุดสิ้นสุดของโมเลกุลอื่นที่มีประจุลบก่อให้เกิดพันธะไฟฟ้าสถิตกับอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่ง พันธะไฟฟ้าสถิตนี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

โมเลกุลของขั้วโลกก่อตัวอย่างไร

ในพันธะโควาเลนต์อะตอมแบ่งอิเล็กตรอนออกมาเป็นสารประกอบที่เสถียร ในพันธะโควาเลนต์ที่ไม่ใช่ขั้วอิเล็กตรอนจะถูกแบ่งเท่า ๆ กัน ตัวอย่างเช่นในพันธะเปปไทด์ nonpolar อิเล็กตรอนจะถูกใช้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมคาร์บอนของกลุ่มคาร์บอน - ออกซิเจนคาร์บอนิลและอะตอมไนโตรเจนของกลุ่มไนโตรเจนไฮโดรเจนไฮโดรเจน

สำหรับโมเลกุลขั้วโลกนั้นอิเล็กตรอนที่ถูกพันธะโควาเลนต์มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันที่ด้านหนึ่งของโมเลกุลในขณะที่อีกด้านหนึ่งจะมีประจุบวก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เนื่องจากอะตอมหนึ่งมีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนมากกว่าอะตอมอื่นในพันธะโควาเลนต์ ตัวอย่างเช่นในขณะที่พันธะเปปไทด์เองนั้นไม่ใช่ขั้วโครงสร้างของโปรตีนที่เกี่ยวข้องนั้นเกิดจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอมออกซิเจนของกลุ่มคาร์บอนิลและอะตอมไฮโดรเจนของกลุ่มเอไมด์

การกำหนดค่าพันธะโควาเลนต์โดยทั่วไปจะจับคู่อะตอมที่มีอิเล็กตรอนหลายตัวในเปลือกนอกของมันกับพวกที่ต้องการอิเล็กตรอนจำนวนเดียวกันเพื่อทำให้เปลือกนอกของพวกมันสมบูรณ์ อะตอมแบ่งอิเล็กตรอนพิเศษจากอะตอมเดิมและแต่ละอะตอมมีเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกที่สมบูรณ์ในบางเวลา

บ่อยครั้งที่อะตอมที่ต้องการอิเล็กตรอนพิเศษเพื่อทำให้เปลือกนอกสมบูรณ์ดึงดูดอิเล็กตรอนให้แรงกว่าอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะไม่ถูกใช้ร่วมกันอย่างสม่ำเสมอและพวกเขาใช้เวลามากขึ้นกับอะตอมที่ได้รับ เป็นผลให้อะตอมที่ได้รับมีแนวโน้มที่จะมีประจุลบในขณะที่อะตอมของผู้บริจาคมีประจุเป็นบวก โมเลกุลดังกล่าวมีขั้ว

วิธีการสร้างพันธะไฮโดรเจน

โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกพันธะโควาเลนท์นั้นมักจะมีขั้วอยู่เพราะอิเล็กตรอนเดี่ยวของอะตอมไฮโดรเจนนั้นถูกจัดวางอย่างหลวม ๆ มันย้ายไปยังอะตอมอื่นของพันธะโควาเลนต์ได้อย่างง่ายดายโดยปล่อยโปรตอนที่มีประจุบวกของอะตอมไฮโดรเจนที่อยู่ด้านเดียว

เมื่ออะตอมไฮโดรเจนสูญเสียอิเล็กตรอนมันจะเกิดพันธะไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งเพราะต่างจากอะตอมอื่นมันจะไม่มีอิเลคตรอนใด ๆ ที่ป้องกันประจุบวก โปรตอนถูกดึงดูดไปยังอิเล็กตรอนของโมเลกุลอื่น ๆ และพันธะที่เกิดขึ้นเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนในน้ำ

โมเลกุลของน้ำที่มีสูตรทางเคมีเอช₂O มีขั้วและสร้างพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่ง อะตอมของออกซิเจนเดี่ยวสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมไฮโดรเจนสองตัว แต่ไม่ได้แบ่งอิเล็กตรอนอย่างเท่าเทียมกัน อิเล็กตรอนไฮโดรเจนสองตัวใช้เวลาส่วนใหญ่กับอะตอมออกซิเจนซึ่งมีประจุเป็นลบ อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมจะกลายเป็นโปรตอนที่มีประจุบวกและเกิดพันธะไฮโดรเจนกับอิเล็กตรอนจากอะตอมออกซิเจนของโมเลกุลน้ำอื่น ๆ

เนื่องจากน้ำก่อตัวเป็นพิเศษระหว่างโมเลกุลของมันจึงมีคุณสมบัติที่ผิดปกติหลายอย่าง น้ำมีแรงตึงผิวที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษมีจุดเดือดสูงผิดปกติและต้องการพลังงานจำนวนมากเพื่อเปลี่ยนจากน้ำของเหลวเป็นไอน้ำ คุณสมบัติดังกล่าวเป็นปกติของวัสดุที่โมเลกุลโพลาไรซ์ก่อพันธะไฮโดรเจน