Určitě jsme se všichni setkali s rozlitým slazeným nápojem, který bylo nutné rychle utřít, „aby to nelepilo“. Abychom pochopili proč, musíme se vydat na cestu za chemickými vazbami a konkrétně za vodíkovými můstky.

Nejdříve trochu teoretických základů. Pokud se na elektronegativní atom (takový, který má vysokou schopnost přitáhnout elektrony) váže vodík, vzniká mezi nimi polární vazba a vodík získává parciální (částečný) kladný náboj. Pokud takový částečně kladně nabitý vodík přijde do kontaktu s atomem, který má volný elektronový pár, může mezi nimi vzniknout vazba, která se nazývá vodíková vazba, nebo též vodíkový můstek. Typickými partnery vodíku ve vodíkových vazbách jsou dusík, kyslík a fluor. Vodíkové vazby mohou vznikat mezi různými molekulami (intermolekulární) nebo v rámci jedné molekuly (intramolekulární). Jedná se o tzv. nekovalentní vazbu (tedy relativně snadno vzniká a zaniká, např. pouze zahřátím), která je zhruba 10× slabší než běžná kovalentní vazba (sdílení elektronů mezi dvěma atomy) [1]. Síla vodíkových vazeb je v jejich množství.

Vodíkové vazby jsou zásadní pro živé organismy, protože stojí za strukturou a fungováním biomakromolekul (bílkovin a nukleových kyselin), ale také zásadně ovlivňují chování vody a dalších molekul. Např. teplota varu vody, amoniaku a fluorovodíku (tedy sloučeniny vodíku právě s kyslíkem, dusíkem a fluorem, viz výše) je díky vodíkovým vazbám mnohem vyšší, než by měla být [2]. Mimochodem to, že se mokrý papír trhá mnohem lépe než papír suchý, je také dáno vodíkovými vazbami: voda naruší a převezme vodíkové vazby mezi jednotlivými vlákny celulosy (polysacharid, jedna z hlavních složek dřeva) v papíře. Oproti tomu pokud namočíte papír do alkoholu (ethanolu), tak k ničemu takovému nedojde, protože ethanol netvoří tak silné vodíkové vazby.

Abychom se dostali zpět k dotazu. Molekula sacharosy (běžně označována jako cukr) se skládá z 12 uhlíků, 22 vodíků a 11 kyslíků. Zhruba polovina vodíků je navázána na kyslících, takže mají parciální kladný náboj a mohou tvořit vodíkové vazby s jinými atomy. Pokud sacharosu rozpustíme ve vodě, dojde ke vzniku vodíkových vazeb mezi vodou a sacharosou a propojení mnoha molekul do sítí. Proto jsou roztoky s vysokým obsahem cukru, například i med, viskózní – táhnou se.

Pak se nabízí otázka, proč není lepivá a viskózní samotná voda, pokud je také schopna vytvářet vodíkové vazby. Je to proto, že voda může vytvořit maximálně čtyři vodíkové vazby (jednu přes každý vodík a dvě přes kyslík). Oproti tomu sacharosa může tvořit až 16 intermolekulárních vodíkových vazeb [3] (další vodíkové vazby tvoří uvnitř molekuly, ale ty jsou v tomto případě nepodstatné), a tedy může vytvářet mnohem propojenější síť molekul. Při zaschnutí se pak molekuly sacharosy váží mezi sebou, a tím vytvoří takový chemický „suchý zip“, který lepí. Obdobně se pomocí vodíkových vazeb slepí po vysušení listy papíru.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Tomáš