Co powoduje wiązanie wodoru?

Wiązanie wodoru występuje między a wodór atom i an atom elektroujemny (np. tlen, fluor, chlor). Wiązanie jest słabsze niż wiązanie jonowe lub wiązanie kowalencyjne, ale silniejsze niż siły van der Waalsa (5 do 30 kJ / mol). Wiązanie wodorowe jest klasyfikowane jako rodzaj słabego wiązania chemicznego.

Powód wiązanie wodorowe występuje, ponieważ elektron nie jest równomiernie dzielony między atom wodoru i ujemnie naładowany atom. Wodór w wiązaniu wciąż ma tylko jeden elektron, podczas gdy dwa elektrony potrzebują stabilnej pary elektronów. W rezultacie atom wodoru przenosi słaby ładunek dodatni, więc pozostaje przyciągany do atomów, które wciąż niosą ładunek ujemny. Z tego powodu wiązanie wodorowe nie występuje w cząsteczkach z niepolarnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Każdy związek z polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi może tworzyć wiązania wodorowe.

Wiązania wodorowe mogą tworzyć się w cząsteczce lub między atomami w różnych cząsteczkach. Chociaż do wiązania wodorowego nie jest wymagana cząsteczka organiczna, zjawisko to jest niezwykle ważne w układach biologicznych. Przykłady wiązania wodorowego obejmują:

• między dwiema cząsteczkami wody
• trzymając dwie nici DNA razem, tworząc podwójną helisę
• wzmacniające polimery (np. powtarzalna jednostka, która pomaga krystalizować nylon)
• tworząc struktury drugorzędne w białkach, takich jak helisa alfa i beta plisowany arkusz
• między włóknami w tkaninie, co może skutkować powstawanie zmarszczek
• między antygenem a przeciwciałem
• między enzymem a substratem
• wiązanie czynników transkrypcyjnych z DNA

Wiązania wodorowe odpowiadają za niektóre ważne cechy wody. Mimo że wiązanie wodorowe jest tylko 5% tak silne jak wiązanie kowalencyjne, wystarcza do ustabilizowania cząsteczek wody.

• Wiązanie wodorowe powoduje, że woda pozostaje ciekła w szerokim zakresie temperatur.
• Ponieważ zerwanie wiązań wodorowych wymaga dodatkowej energii, woda ma niezwykle wysokie ciepło parowania. Woda ma znacznie wyższą temperaturę wrzenia niż inne wodorki.

Istnieje wiele ważnych konsekwencji efektów wiązania wodoru między cząsteczkami wody:

• Wiązanie wodorowe sprawia, że ​​lód jest mniej gęsty niż płynna woda, więc lód unosi się na wodzie.
• Wpływ wiązania wodorowego na ciepło parowania pomaga sprawić, by pot był skutecznym środkiem obniżania temperatury dla zwierząt.
• Wpływ na pojemność cieplną oznacza, że ​​woda chroni przed ekstremalnymi zmianami temperatury w pobliżu dużych zbiorników wodnych lub wilgotnych środowisk. Woda pomaga regulować temperaturę w skali globalnej.

Wiązanie wodoru ma największe znaczenie między wodorem a wysoce elektroujemnymi atomami. Długość wiązania chemicznego zależy od jego siły, ciśnienia i temperatury. Kąt wiązania zależy od konkretnych związków chemicznych zaangażowanych w wiązanie. Siła wiązań wodorowych waha się od bardzo słabej (1–2 kJ mol – 1) do bardzo silnej (161,5 kJ mol – 1). Jakiś przykład entalpie w oparach są:

F − H…: F (161,5 kJ / mol lub 38,6 kcal / mol)
O-H…: N (29 kJ / mol lub 6,9 kcal / mol)
O-H…: O (21 kJ / mol lub 5,0 kcal / mol)
N-H…: N (13 kJ / mol lub 3,1 kcal / mol)
N-H…: O (8 kJ / mol lub 1,9 kcal / mol)
HO-H…: OH₃⁺ (18 kJ / mol lub 4,3 kcal / mol)

_Bibliografia

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). „Jony bihalogenkowe i pseudobihalidowe w fazie gazowej. Wyznaczanie rezonansu jonowo-cyklotronowego energii wiązań wodorowych w gatunkach XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Chemia nieorganiczna 23 (14): 2029–2033.}

_{Emsley, J. (1980). „Bardzo silne wiązania wodorowe”. Chemical Society Reviews 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch i Noam Agmon (2007). „Struktura i energetyka hydroniowych powłok hydratacyjnych”. JOT. Phys. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}