Čo spôsobuje spájanie vodíka?

K vodíkovej väzbe dochádza medzi a vodík atóm a elektronegatívny atóm (napr. kyslík, fluór, chlór). Väzba je slabšia ako iónová väzba alebo kovalentná väzba, ale silnejšia ako väzba van der Waalsove sily (5 až 30 kJ / mol). Vodíková väzba je klasifikovaná ako typ slabej chemickej väzby.

Dôvod vodíková väzba K tomu dochádza, pretože elektrón nie je rovnomerne rozdelený medzi atóm vodíka a negatívne nabitý atóm. Vodík vo väzbe má stále iba jeden elektrón, zatiaľ čo stabilný pár elektrónov vyžaduje dva elektróny. Výsledkom je, že atóm vodíka nesie slabý kladný náboj, takže zostáva priťahovaný atómami, ktoré stále nesú záporný náboj. Z tohto dôvodu sa vodíková väzba nevyskytuje v molekulách s nepolárnymi kovalentnými väzbami. Akákoľvek zlúčenina s polárnymi kovalentnými väzbami má potenciál tvoriť vodíkové väzby.

Vodíkové väzby sa môžu tvoriť v molekule alebo medzi atómami v rôznych molekulách. Hoci organická molekula nie je potrebná na vodíkové väzby, je tento jav v biologických systémoch mimoriadne dôležitý. Príklady vodíkových väzieb zahŕňajú:

• medzi dvoma molekulami vody
• držanie dvoch prameňov DNA spolu za vzniku dvojitej špirály
• spevňujúce polyméry (napr. opakujúca sa jednotka, ktorá pomáha kryštalizovať nylon)
• vytvorenie sekundárnych štruktúr v proteínoch, ako je napríklad alfa helix a beta skladaný list
• medzi vláknami v tkanine, čo môže mať za následok tvorba vrások
• medzi antigénom a protilátkou
• medzi enzýmom a substrátom
• väzba transkripčných faktorov na DNA

Vodíkové väzby zodpovedajú za niektoré dôležité vlastnosti vody. Aj keď vodíková väzba je iba 5% tak silná ako kovalentná väzba, stačí stabilizovať molekuly vody.

• Vodíková väzba spôsobuje, že voda zostáva kvapalná v širokom teplotnom rozmedzí.
• Pretože to vyžaduje viac energie na prerušenie vodíkových väzieb, voda má nezvyčajne vysoké teplo odparovania. Voda má omnoho vyššiu teplotu varu ako iné hydridy.

Existuje veľa dôležitých dôsledkov účinkov vodíkových väzieb medzi molekulami vody:

• Vďaka vodíkovému spojeniu je ľad menej hustý ako tekutá voda ľad pláva na vode.
• Vplyv vodíkovej väzby na teplo vyparovania pomáha z potu urobiť účinný prostriedok na zníženie teploty zvierat.
• Vplyv na tepelnú kapacitu znamená, že voda chráni pred extrémnymi teplotnými posunmi v blízkosti veľkých vodných plôch alebo vlhkého prostredia. Voda pomáha regulovať teplotu v globálnom meradle.

Vodíková väzba je najvýznamnejšia medzi vodíkom a vysoko elektronegatívnymi atómami. Dĺžka chemickej väzby závisí od jej pevnosti, tlaku a teploty. Uhol väzby závisí od konkrétnych chemických druhov, ktoré sa podieľajú na väzbe. Sila vodíkových väzieb sa pohybuje od veľmi slabého (1–2 kJ mol − 1) do veľmi silného (161,5 kJ mol − 1). Niekoľko príkladov entalpie v pare sú:

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

_Referencie

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Bihalogenidové a pseudobihalidové ióny v plynnej fáze." Stanovenie iontovej cyklotrónovej rezonancie energií vodíkovej väzby v druhoch XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN) “. Anorganická chémia 23 (14): 2029 - 2033.}

_{Emsley, J. (1980). „Veľmi silné vodíkové väzby“. Recenzie chemickej spoločnosti 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch a Noam Agmon (2007). "Štruktúra a energetika hydratačných škrupín". J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253-2256.}