Какво причинява водородното свързване?

Водородното свързване се осъществява между a водород атом и an електроотрицателен атом (напр. кислород, флуор, хлор). Връзката е по-слаба от йонна връзка или ковалентна връзка, но по-силна от сили на дер дер Ваалс (5 до 30 kJ / mol). Водородна връзка се класифицира като вид слаба химическа връзка.

Причината водородна връзка се получава, защото електронът не се разпределя равномерно между водороден атом и отрицателно зареден атом. Водородът в връзка все още има само един електрон, докато за стабилна електронна двойка са нужни два електрона. Резултатът е, че водородният атом носи слаб положителен заряд, така че остава привлечен от атомите, които все още носят отрицателен заряд. Поради тази причина свързването с водород не се осъществява в молекули с неполярни ковалентни връзки. Всяко съединение с полярни ковалентни връзки има потенциал да образува водородни връзки.

Водородните връзки могат да се образуват в молекула или между атоми в различни молекули. Въпреки че за свързването на водород не се изисква органична молекула, явлението е изключително важно в биологичните системи. Примерите за водородна връзка включват:

• между две водни молекули
• държащи две нишки ДНК заедно, за да образуват двойна спирала
• укрепващи полимери (например повтаряща се единица, която спомага за кристализиране на найлон)
• образувайки вторични структури в протеини, като алфа спирала и бета плисиран лист
• между влакна в плат, което може да доведе до образуване на бръчки
• между антиген и антитяло
• между ензим и субстрат
• свързване на транскрипционните фактори с ДНК

Водородните връзки имат някои важни качества на водата. Въпреки че водородна връзка е само 5% по-силна като ковалентна връзка, това е достатъчно за стабилизиране на водните молекули.

• Водородното свързване води до оставане на течността в широк температурен диапазон.
• Тъй като е необходима допълнителна енергия за разрушаване на водородните връзки, водата има необичайно висока топлина на изпаряване. Водата има много по-висока точка на кипене от другите хидриди.

Има много важни последици от ефектите на водородна връзка между водни молекули:

• Водородното свързване прави леда по-малко плътен от течната вода, така че лед плава по вода.
• Ефектът на свързването на водорода върху топлина на изпаряване помага превръщането на изпотяването в ефективно средство за понижаване на температурата за животните.
• Ефектът върху топлинния капацитет означава, че водата предпазва от екстремни температурни промени в близост до големи водни или влажни среди. Водата помага да се регулира температурата в глобален мащаб.

Водородната връзка е най-значима между водородните и силно електронегативните атоми. Дължината на химическата връзка зависи от нейната сила, налягане и температура. Ъгълът на свързване зависи от специфичните химични видове, участващи в връзката. Силата на водородните връзки варира от много слаба (1–2 kJ mol-1) до много силна (161,5 kJ mol-1). Някой пример енталпиите в изпарения са:

F-H…: F (161.5 kJ / mol или 38.6 kcal / mol)
O-H…: N (29 kJ / mol или 6,9 kcal / mol)
O-H…: O (21 kJ / mol или 5.0 kcal / mol)
N-H…: N (13 kJ / mol или 3,1 kcal / mol)
N-H…: O (8 kJ / mol или 1.9 kcal / mol)
НО-Н...: ОН₃⁺ (18 kJ / mol или 4,3 kcal / mol)

_{Препратки}

_{Ларсън, Дж. W.; Макмахон, Т. Б. (1984). „Бихалидни и псевдохахалидни йони на газофазна фаза. Ионно циклотронно резонансно определяне на енергиите на водородна връзка в XHY-видове (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Неорганична химия 23 (14): 2029–2033.}

_{Емсли, Дж. (1980). „Много силни водородни връзки“. Отзиви за химическото общество 9 (1): 91–124.
Омер Маркович и Ноам Агмон (2007). „Структура и енергетика на хидрониевите обвивки на хидрония“. J. Физ. Chem. A 111 (12): 2253-2256.}