Definiție și exemple de obligațiuni de hidrogen

Majoritatea oamenilor sunt confortabili cu ideea de legături ionice și covalente, dar nu sunt siguri despre legăturile de hidrogen, cum se formează și de ce sunt importante.

Cheltuieli cheie: obligațiuni de hidrogen

O legătură de hidrogen este un tip de interacțiune atractivă (dipol-dipol) între un electronegativ atom și a hidrogen atom legat la un alt atom electronegativ. Această legătură implică întotdeauna un atom de hidrogen.

O legătură de hidrogen tinde să fie mai puternică decât forțele van der Waals, dar mai slab decât legaturi covalente sau legături ionice. Este aproximativ 1/20 (5%) rezistența legăturii covalente formată între O-H. Cu toate acestea, chiar și această legătură slabă este suficient de puternică pentru a suporta fluctuații ușoare ale temperaturii.

Cum poate fi atras hidrogenul de un alt atom atunci când este deja legat? Într-o legătura polară, o parte a legăturii exercită în continuare o ușoară încărcare pozitivă, în timp ce cealaltă parte are o ușoară sarcină electrică negativă. Formarea unei legături nu neutralizează natura electrică a atomilor participanți.

Legăturile de hidrogen se găsesc în acizii nucleici între perechile de baze și între moleculele de apă. Acest tip de legătură se formează și între atomii de hidrogen și carbon ai diferitelor molecule de cloroform, între hidrogen și azot atomii moleculelor de amoniac învecinate, între subunitățile care se repetă în nailonul polimeric și între hidrogen și oxigen în acetilacetonă. Multe molecule organice sunt supuse legăturilor de hidrogen. Legătură de hidrogen:

• Ajută la legarea factorilor de transcripție de ADN
• Ajută la legarea antigenului-anticorp
• Organizați polipeptide în structuri secundare, cum ar fi helix alfa și foaie beta
• Țineți împreună cele două fire de ADN
• Legați factorii de transcripție unul de celălalt

Deși legăturile de hidrogen se formează între hidrogen și orice alt atom electronegativ, legăturile din interiorul apei sunt cele mai omniprezente (și unii ar susține, cele mai importante). Legăturile de hidrogen se formează între moleculele de apă învecinate atunci când hidrogenul unui atom vine între atomii de oxigen ai propriei molecule și cea a vecinului său. Acest lucru se întâmplă deoarece atomul de hidrogen este atras atât de propriul său oxigen, cât și de alți atomi de oxigen care se apropie suficient de mult. Nucleul de oxigen are 8 "plus" sarcini, astfel încât atrage electroni mai buni decât nucleul de hidrogen, cu sarcina sa pozitivă unică. Deci, moleculele vecine de oxigen sunt capabile să atragă atomii de hidrogen din alte molecule, formând baza formării legăturilor de hidrogen.

Numărul total de legături de hidrogen formate între moleculele de apă este de 4. Fiecare moleculă de apă poate forma 2 legături de hidrogen între oxigen și cei doi atomi de hidrogen din moleculă. Se pot forma două legături suplimentare între fiecare atom de hidrogen și atomii de oxigen din apropiere.

O consecință a legăturii de hidrogen este că legăturile de hidrogen tind să se aranjeze într-un tetraedru în jurul fiecărei molecule de apă, ceea ce duce la cunoscuta structură de cristal a fulgilor de zăpadă. În apa lichidă, distanța dintre moleculele adiacente este mai mare și energia moleculelor este suficient de mare încât legăturile de hidrogen sunt deseori întinse și rupte. Cu toate acestea, chiar și moleculele de apă lichidă se ridică la un aranjament tetraedric. Din cauza legăturii de hidrogen, structura apei lichide devine ordonată la temperaturi mai scăzute, cu mult peste cea a altor lichide. Legătura de hidrogen menține moleculele de apă cu aproximativ 15% mai aproape decât dacă legăturile nu ar fi fost prezente. Legăturile sunt motivul principal pentru care apa prezintă proprietăți chimice interesante și neobișnuite.

• Lipirea de hidrogen reduce schimbările extreme de temperatură în apropierea corpurilor mari de apă.
• Lipirea hidrogenului permite animalelor să se răcească folosind transpirația, deoarece o cantitate atât de mare de căldură este necesară pentru a rupe legăturile de hidrogen între moleculele de apă.
• Lipirea hidrogenului menține apa în starea sa lichidă pe un interval de temperatură mai larg decât pentru orice altă moleculă de dimensiuni comparabile.
• Lipirea conferă apei o căldură de vaporizare excepțional de mare, ceea ce înseamnă că este necesară o energie termică considerabilă pentru a schimba apa lichidă în vapori de apă.

Legături de hidrogen în interior apa grea sunt chiar mai puternici decât cei din apa obișnuită fabricată cu hidrogen normal (protiu). Lipirea hidrogenului în apa tritiată este încă mai puternică.