Wiązanie wodorowe a wiązanie kowalencyjne
Wiązania chemiczne utrzymują razem atomy i cząsteczki. Wiązania są ważne w określaniu chemicznego i fizycznego zachowania cząsteczek i atomów. Jak zaproponował amerykański chemik G. N. Lewis, atomy są stabilne, gdy zawierają osiem elektronów w powłoce walencyjnej. Większość atomów ma mniej niż osiem elektronów w powłokach walencyjnych (z wyjątkiem gazów szlachetnych z grupy 18 układu okresowego); dlatego nie są stabilne. Te atomy mają tendencję do reagowania ze sobą, aby stać się stabilnymi. W ten sposób każdy atom może osiągnąć konfigurację elektronową gazu szlachetnego. Wiązanie kowalencyjne to jedno z takich wiązań chemicznych, które łączy atomy w związkach chemicznych. Wiązania wodorowe są przyciąganiami międzycząsteczkowymi między cząsteczkami.
Wiązania wodorowe
Gdy wodór jest przyłączony do elektroujemnego atomu, takiego jak fluor, tlen lub azot, powstaje wiązanie polarne. Ze względu na elektroujemność elektrony w wiązaniu będą bardziej przyciągane do atomu elektroujemnego niż do atomu wodoru. Dlatego atom wodoru otrzyma częściowy ładunek dodatni, podczas gdy atom bardziej elektroujemny otrzyma częściowy ładunek ujemny. Kiedy dwie cząsteczki mające ten rozdział ładunku są blisko siebie, między wodorem a ujemnie naładowanym atomem wystąpi siła przyciągania. To przyciąganie jest znane jako wiązanie wodorowe. Wiązania wodorowe są stosunkowo silniejsze niż inne interakcje dipolowe i determinują zachowanie molekularne. Na przykład cząsteczki wody mają międzycząsteczkowe wiązania wodorowe. Jedna cząsteczka wody może tworzyć cztery wiązania wodorowe z inną cząsteczką wody. Ponieważ tlen ma dwie samotne pary, może tworzyć dwa wiązania wodorowe z dodatnio naładowanym wodorem. Wtedy dwie cząsteczki wody mogą być znane jako dimer. Każda cząsteczka wody może wiązać się z czterema innymi cząsteczkami ze względu na zdolność wiązania wodorowego. Powoduje to wyższą temperaturę wrzenia wody, mimo że cząsteczka wody ma niską masę cząsteczkową. Dlatego energia potrzebna do zerwania wiązań wodorowych, gdy przechodzą one do fazy gazowej, jest wysoka. Ponadto wiązania wodorowe określają strukturę krystaliczną lodu. Unikalny układ kratek lodowych pomaga mu unosić się na wodzie, dzięki czemu chroni organizmy wodne w okresie zimowym. Poza tym wiązania wodorowe odgrywają istotną rolę w układach biologicznych. Trójwymiarowa struktura białek i DNA opiera się wyłącznie na wiązaniach wodorowych. Wiązania wodorowe mogą zostać zniszczone przez ogrzewanie i siły mechaniczne.
Wiązania kowalencyjne
Gdy dwa atomy o podobnej lub bardzo niskiej różnicy elektroujemności reagują ze sobą, tworzą wiązanie kowalencyjne przez wspólne elektrony. Oba atomy mogą uzyskać konfigurację elektronową gazu szlachetnego, dzieląc w ten sposób elektrony. Cząsteczka jest produktem powstałym w wyniku tworzenia wiązań kowalencyjnych między atomami. Na przykład, gdy te same atomy są połączone, tworząc cząsteczki takie jak Cl2, H2 lub P4, każdy atom jest połączony wiązaniem kowalencyjnym. Cząsteczka metanu (CH4) ma również wiązania kowalencyjne między atomami węgla i wodoru. Metan jest przykładem cząsteczki posiadającej wiązania kowalencyjne między atomami o bardzo małej różnicy elektroujemności.
Jaka jest różnica między wiązaniami wodorowymi a kowalencyjnymi?
• Wiązania kowalencyjne powstają między atomami, tworząc cząsteczkę. Wiązania wodorowe można zobaczyć między cząsteczkami.
• Atom wodoru powinien tam być, aby mieć wiązanie wodorowe. Wiązania kowalencyjne mogą występować pomiędzy dowolnymi dwoma atomami.
• Wiązania kowalencyjne są silniejsze niż wiązania wodorowe.
• W wiązaniach kowalencyjnych elektrony są dzielone między dwa atomy, ale w wiązaniach wodorowych ten rodzaj współdzielenia nie ma miejsca; występuje raczej oddziaływanie elektrostatyczne między ładunkiem dodatnim a ujemnym.
