Водородная связь происходит между водород атом и электроотрицательный атом (например, кислород, фтор, хлор). Связь слабее, чем ионная связь или ковалентная связь, но сильнее, чем силы Ван-дер-Ваальса (От 5 до 30 кДж / моль). Водородная связь классифицируется как тип слабой химической связи.
Почему образуются водородные связи?
Причина водородная связь происходит потому, что электрон не распределяется равномерно между атомом водорода и отрицательно заряженным атомом. Водород в связи все еще имеет только один электрон, в то время как для стабильной пары электронов требуется два электрона. В результате атом водорода несет слабый положительный заряд, поэтому он остается притянутым к атомам, которые все еще несут отрицательный заряд. По этой причине водородная связь не возникает в молекулах с неполярными ковалентными связями. Любое соединение с полярными ковалентными связями потенциально может образовывать водородные связи.
Примеры водородных связей
Водородные связи могут образовываться внутри молекулы или между атомами в разных молекулах. Хотя органическая молекула не требуется для водородной связи, это явление чрезвычайно важно в биологических системах. Примеры водородных связей включают в себя:
- между двумя молекулами воды
- удерживая две нити ДНК вместе, чтобы сформировать двойную спираль
- упрочняющие полимеры (например, повторяющиеся звенья, которые помогают кристаллизовать нейлон)
- формирование вторичных структур в белках, таких как альфа-спираль и бета-плиссированный лист
- между волокнами в ткани, что может привести к образование морщин
- между антигеном и антителом
- между ферментом и субстратом
- связывание транскрипционных факторов с ДНК
Водородная связь и вода
Водородные связи определяют некоторые важные качества воды. Хотя водородная связь всего на 5% прочнее ковалентной, ее достаточно для стабилизации молекул воды.
- Водородное связывание заставляет воду оставаться жидкой в широком диапазоне температур.
- Поскольку для разрыва водородных связей требуется дополнительная энергия, вода обладает необычно высокой теплотой испарения. Вода имеет гораздо более высокую температуру кипения, чем другие гидриды.
Есть много важных последствий воздействия водородных связей между молекулами воды:
- Водородная связь делает лед менее плотным, чем жидкая вода, поэтому лед плавает на воде.
- Влияние водородных связей на высокая температура испарения помогает сделать пот эффективным средством снижения температуры для животных.
- Влияние на теплоемкость означает, что вода защищает от экстремальных температурных сдвигов вблизи больших водоемов или влажных сред. Вода помогает регулировать температуру в глобальном масштабе.
Сила водородных связей
Водородная связь наиболее важна между водородом и сильно электроотрицательными атомами. Длина химической связи зависит от ее прочности, давления и температуры. Угол связи зависит от конкретных химических веществ, участвующих в связи. Прочность водородных связей колеблется от очень слабой (1–2 кДж / моль) до очень сильной (161,5 кДж / моль – 1). Пример энтальпий в паре находятся:
F − H…: F (161,5 кДж / моль или 38,6 ккал / моль)
O-H…: N (29 кДж / моль или 6,9 ккал / моль)
O-H…: O (21 кДж / моль или 5,0 ккал / моль)
N − H…: N (13 кДж / моль или 3,1 ккал / моль)
N − H…: O (8 кДж / моль или 1,9 ккал / моль)
HO-H...: OH3+ (18 кДж / моль или 4,3 ккал / моль)
Ссылки
Ларсон, Дж. W.; МакМэхон, Т. B. (1984). «Газофазные бигалидные и псевдобихалидные ионы. Ионное циклотронное резонансное определение энергий водородных связей в XHY-видах (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Неорганическая химия 23 (14): 2029–2033.
Эмсли, Дж. (1980). «Очень сильные водородные связи». Обзоры химического общества 9 (1): 91–124.
Омер Маркович и Ноам Агмон (2007). «Структура и энергетика гидратных гидратных оболочек». J. Phys. Химреагент A 111 (12): 2253–2256.