Väčšina ľudí sa teší myšlienke iónových a kovalentných väzieb, ale nie je si istá, aké sú vodíkové väzby, ako sa tvoria a prečo sú dôležité.
Kľúčové cesty: Vodíkové väzby
- Vodíková väzba je príťažlivosť medzi dvoma atómami, ktoré sa už zúčastňujú iných chemických väzieb. Jedným z atómov je atóm vodíka, zatiaľ čo druhým atómom môže byť akýkoľvek elektrónový atóm, ako je kyslík, chlór alebo fluór.
- Vodíkové väzby sa môžu tvoriť medzi atómami v molekule alebo medzi dvoma samostatnými molekulami.
- Vodíková väzba je slabšia ako iónová väzba alebo kovalentná väzba, ale silnejšia ako van der Waalsove sily.
- Vodíkové väzby zohrávajú dôležitú úlohu v biochémii a vytvárajú mnoho jedinečných vlastností vody.
Definícia vodíkových väzieb
Vodíková väzba je typ atraktívnej interakcie (dipól-dipól) medzi elektronegatívom atóm a a vodík atóm lepené na iný elektronegatívny atóm. Táto väzba vždy zahrnuje atóm vodíka. Vodíkové väzby môže nastať medzi molekuly alebo v častiach jednej molekuly.
Vodíková väzba má tendenciu byť silnejšia ako
van der Waalsove sily, ale slabšie ako Kovalentné väzby alebo iónové väzby. Je to asi 1/20 (5%) sila kovalentnej väzby vytvorenej medzi O-H. Avšak aj toto slabé spojenie je dosť silné, aby vydržalo mierne kolísanie teploty.Ale atómy sú už spojené
Ako môže byť vodík priťahovaný k inému atómu, keď je už viazaný? V polárna väzba, jedna strana väzby stále vykazuje mierny kladný náboj, zatiaľ čo druhá strana má mierny negatívny elektrický náboj. Vytvorenie väzby neneutralizuje elektrickú povahu atómov účastníka.
Príklady vodíkových väzieb
Vodíkové väzby sa nachádzajú v nukleových kyselinách medzi pármi báz a medzi molekulami vody. Tento typ väzby sa tiež vytvára medzi atómami vodíka a uhlíka rôznych molekúl chloroformu, medzi vodíkom a dusíkom atómy susedných molekúl amoniaku, medzi opakujúcimi sa podjednotkami v polyméri nylon a medzi vodíkom a kyslíkom v Acetylacetonát. Mnoho organických molekúl podlieha vodíkovým väzbám. Vodíková väzba:
- Pomôžte viazať transkripčné faktory k DNA
- Pomáha viazať antigén-protilátka
- Usporiadajte polypeptidy do sekundárnych štruktúr, ako sú alfa helix a beta list
- Držte spolu dva reťazce DNA
- Spojte transkripčné faktory navzájom
Vodíkové lepenie vo vode
Hoci sa vodíkové väzby tvoria medzi vodíkom a akýmkoľvek iným elektronegatívnym atómom, väzby vo vode sú najviac všadeprítomné (a niektoré by sa zdali najdôležitejšie). Vodíkové väzby sa vytvárajú medzi susednými molekulami vody, keď vodík jedného atómu prichádza medzi atómami kyslíka jeho vlastnej molekuly a atómu jeho suseda. Stáva sa to preto, že atóm vodíka je priťahovaný tak svojím vlastným kyslíkom, ako aj ďalšími atómami kyslíka, ktoré sú dostatočne blízko. Kyslíkové jadro má 8 „plusových“ nábojov, takže svojím jediným pozitívnym nábojom priťahuje elektróny lepšie ako atóm vodíka. Susedné kyslíkové molekuly sú teda schopné priťahovať atómy vodíka z iných molekúl, ktoré tvoria základ tvorby vodíkových väzieb.
Celkový počet vodíkových väzieb vytvorených medzi molekulami vody je 4. Každá molekula vody môže tvoriť 2 vodíkové väzby medzi kyslíkom a dvoma atómami vodíka v molekule. Medzi každým vodíkovým atómom a blízkymi atómami kyslíka sa môžu vytvoriť ďalšie dve väzby.
Dôsledkom vodíkovej väzby je to, že vodíkové väzby majú tendenciu usporiadať sa v štvorstene okolo každej molekuly vody, čo vedie k dobre známej kryštálovej štruktúre snehových vločiek. V kvapalnej vode je vzdialenosť medzi susednými molekulami väčšia a energia molekúl je dostatočne vysoká na to, aby sa vodíkové väzby často napínali a prerušovali. Avšak aj kvapalné molekuly vody sú priemerne v štvorstenovom usporiadaní. V dôsledku vodíkových väzieb je štruktúra kvapalnej vody usporiadaná pri nižšej teplote, ďaleko za teplotou iných kvapalín. Vodíková väzba udržuje molekuly vody asi o 15% bližšie, ako keby väzby neboli prítomné. Väzby sú hlavným dôvodom, prečo voda vykazuje zaujímavé a nezvyčajné chemické vlastnosti.
- Vodíkové väzby znižujú extrémne teplotné zmeny v blízkosti veľkých vodných plôch.
- Vodíková väzba umožňuje zvieratám ochladiť sa potom, pretože na prerušenie vodíkových väzieb medzi molekulami vody je potrebné také veľké množstvo tepla.
- Vodíková väzba udržuje vodu v tekutom stave v širšom teplotnom rozmedzí ako pre akúkoľvek inú porovnateľnú molekulu.
- Spojenie dáva vode mimoriadne vysoké teplo odparovania, čo znamená, že na premenu kvapalnej vody na vodnú paru je potrebná značná tepelná energia.
Vodíkové väzby vo vnútri ťažká voda sú ešte silnejšie ako v obyčajnej vode vyrábanej pomocou bežného vodíka (protium). Vodíková väzba v tríciovanej vode je stále silnejšia.