Polaire moleculen met een waterstofatoom kunnen elektrostatische bindingen vormen, waterstofbindingen genaamd. Het waterstofatoom is uniek omdat het is opgebouwd uit een enkel elektron rond een enkel proton. Wanneer het elektron wordt aangetrokken door de andere atomen in het molecuul, resulteert de positieve lading van het blootgestelde proton in moleculaire polarisatie.

Dit mechanisme maakt het mogelijk dat dergelijke moleculen sterke waterstofbruggen vormen naast de covalente en ionische bindingen die zijn de basis van de meeste verbindingen. Waterstofbindingen kunnen speciale eigenschappen van verbindingen geven en kunnen materialen stabieler maken dan verbindingen die geen waterstofbruggen kunnen vormen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Polaire moleculen die omvatten een waterstofatoom in een covalente binding hebben een negatieve lading aan het ene uiteinde van het molecuul en een positieve lading aan het andere uiteinde. Het enkele elektron van het waterstofatoom migreert naar het andere covalent gebonden atoom, waardoor het positief geladen waterstofproton zichtbaar wordt. Het proton wordt aangetrokken door het negatief geladen uiteinde van andere moleculen en vormt een elektrostatische binding met een van de andere elektronen. Deze elektrostatische binding wordt een waterstofbrug genoemd.

Hoe vormen polaire moleculen

In covalente bindingen delen atomen elektronen om een ​​stabiele verbinding te vormen. In niet-polaire covalente bindingen worden de elektronen gelijk verdeeld. In een niet-polaire peptidebinding worden bijvoorbeeld elektronen gelijk verdeeld tussen het koolstofatoom van de koolstof-zuurstofcarbonylgroep en het stikstofatoom van de stikstof-waterstofamidegroep.

Voor polaire moleculen worden de elektronen gedeeld in een covalente binding heeft de neiging zich aan één kant van het molecuul te verzamelen terwijl de andere zijde positief geladen raakt. De elektronen migreren omdat een van de atomen een grotere affiniteit heeft voor elektronen dan de andere atomen in de covalente binding. Hoewel de peptidebinding zelf niet-polair is, is de structuur van het bijbehorende eiwit bijvoorbeeld te wijten aan waterstofbruggen tussen het zuurstofatoom van de carbonylgroep en het waterstofatoom van de amidegroep.

Typische covalente binding configuraties stellen atomen samen die verschillende elektronen in hun buitenste schil hebben met die elektronen die hetzelfde aantal elektronen nodig hebben om hun buitenste schil te voltooien. De atomen delen de extra elektronen van het voormalige atoom, en elk atoom heeft een complete buitenste elektronenmantel soms.

Vaak trekt het atoom dat extra elektronen nodig heeft om de buitenste schil te voltooien de elektronen sterker aan dan de elektronen atoom voor de extra elektronen. In dit geval worden de elektronen niet gelijk gedeeld en brengen ze meer tijd door met het ontvangende atoom. Dientengevolge heeft het ontvangende atoom de neiging een negatieve lading te hebben terwijl het donoratoom positief geladen is. Dergelijke moleculen zijn gepolariseerd.

Hoe waterstofbindingen worden gevormd

Moleculen die een covalent gebonden waterstofatoom bevatten, zijn vaak gepolariseerd omdat het enkele elektron van het waterstofatoom relatief losjes wordt vastgehouden. Het migreert gemakkelijk naar het andere atoom van de covalente binding, waardoor het enkele positief geladen proton van het waterstofatoom aan één kant achterblijft.

Wanneer het waterstofatoom zijn elektron verliest, kan het een sterke elektrostatische binding vormen, omdat, in tegenstelling tot andere atomen, het heeft geen elektronen meer die de positieve lading afschermen. Het proton wordt aangetrokken door de elektronen van de andere moleculen en de resulterende binding wordt een waterstofbrug genoemd.

Waterstofbinding in water

De moleculen van water, met chemische formule H _{2O, zijn gepolariseerd en vormen sterke waterstofbruggen. Het enkele zuurstofatoom vormt covalente bindingen met de twee waterstofatomen, maar deelt de elektronen niet gelijkelijk. De twee waterstofelektronen brengen het grootste deel van hun tijd door met het zuurstofatoom, dat negatief geladen wordt. De twee waterstofatomen worden positief geladen protonen en vormen waterstofbindingen met de elektronen van de zuurstofatomen van andere watermoleculen.}

Omdat water deze extra bindingen vormt tussen zijn moleculen, heeft het verschillende ongebruikelijke eigenschappen. Water heeft een uitzonderlijk sterke oppervlaktespanning, heeft een ongewoon hoog kookpunt en heeft veel energie nodig om van vloeibaar water in stoom te veranderen. Dergelijke eigenschappen zijn typerend voor materialen waarvoor gepolariseerde moleculen waterstofbruggen vormen