Повечето хора са доволни от идеята за йонни и ковалентни връзки, но не са сигурни какво представляват водородните връзки, как се образуват и защо са важни.
Ключови заведения: водородни връзки
- Водородна връзка е атракция между два атома, които вече участват в други химически връзки. Един от атомите е водород, докато другият може да бъде всеки електроотрицателен атом, като кислород, хлор или флуор.
- Водородните връзки могат да се образуват между атоми в молекула или между две отделни молекули.
- Водородна връзка е по-слаба от йонна връзка или ковалентна връзка, но по-силна от силите на ван дер Ваалс.
- Водородните връзки играят важна роля в биохимията и произвеждат много от уникалните свойства на водата.
Определение на водородна връзка
Водородна връзка е вид атрактивно (диполно-диполно) взаимодействие между електроотрицателно атом и a водород атом свързана към друг електроотрицателен атом. Тази връзка винаги включва водороден атом. Водородни връзки може да възникне между молекули или в части от една молекула.
Водородна връзка е по-силна от сили на дер дер Ваалс, но по-слаба от ковалентни връзки или йонни връзки. Тя е около 1/20 (5%) силата на ковалентната връзка, образувана между O-H. Въпреки това, дори тази слаба връзка е достатъчно силна, за да издържи леко колебание на температурата.
Но атомите вече са свързани
Как водородът може да бъде привлечен към друг атом, когато той вече е свързан? В полярна връзка, едната страна на връзката все още има лек положителен заряд, докато другата страна има лек отрицателен електрически заряд. Образуването на връзка не неутрализира електрическата природа на участниците атоми.
Примери за водородни връзки
Водородните връзки се намират в нуклеиновите киселини между двойките основи и между водните молекули. Този тип връзка също се образува между водородни и въглеродни атоми на различни молекули хлороформ, между водород и азот атоми на съседните амонячни молекули, между повтарящите се субединици в полимерния найлон и между водорода и кислорода в ацетилацетон. Много органични молекули са обект на водородни връзки. Водородна връзка:
- Помогнете да свържете транскрипционните фактори с ДНК
- Помощ за свързване на антиген-антитяло
- Организирайте полипептидите във вторични структури, като алфа спирала и бета лист
- Дръжте заедно двете нишки на ДНК
- Свържете транскрипционните фактори помежду си
Водородно свързване във вода
Въпреки че водородните връзки се образуват между водород и всеки друг електроотрицателен атом, връзките във водата са най-повсеместни (а някои биха спорили, най-важните). Водородните връзки се образуват между съседните водни молекули, когато водородът на един атом идва между кислородните атоми на неговата собствена молекула и този на съседния. Това се случва, защото водородният атом е привлечен както от собствения си кислород, така и от други кислородни атоми, които се приближават достатъчно близо. Кислородното ядро има 8 "плюс" заряди, така че привлича електрони по-добре от водородното ядро, с единния си положителен заряд. И така, съседните кислородни молекули са способни да привличат водородни атоми от други молекули, образувайки основата на образуването на водородна връзка.
Общият брой на водородните връзки, образувани между водни молекули, е 4. Всяка водна молекула може да образува 2 водородни връзки между кислорода и двата водородни атома в молекулата. Допълнителни две връзки могат да се образуват между всеки водороден атом и близките кислородни атоми.
Следствие от водородна връзка е, че водородните връзки са склонни да се подреждат в тетраедър около всяка водна молекула, което води до добре известната кристална структура на снежинките. В течната вода разстоянието между съседните молекули е по-голямо и енергията на молекулите е достатъчно висока, че водородните връзки често се разтягат и разрушават. Въпреки това дори течните водни молекули са средно до тетраедрично разположение. Поради водородното свързване структурата на течната вода се подрежда при по-ниска температура, далеч над тази на другите течности. Водородното свързване държи водните молекули с около 15% по-близо, отколкото ако връзките не бяха налице. Връзките са основната причина, поради която водата показва интересни и необичайни химични свойства.
- Водородното свързване намалява екстремните температурни промени в близост до големи водни обекти.
- Водородното свързване позволява на животните да се охлаждат с помощта на изпотяване, тъй като е необходимо толкова голямо количество топлина, за да се разрушат водородните връзки между водните молекули.
- Водородното свързване поддържа водата в течно състояние в по-широк температурен диапазон, отколкото при всяка друга молекула със сходни размери.
- Свързването дава на водата изключително висока топлина на изпаряване, което означава, че е необходима значителна топлинна енергия, за да се промени течната вода във водна пара.
Водородни връзки вътре тежка вода са дори по-силни от тези в обикновената вода, направени с помощта на нормален водород (protium). Водородното свързване в тритирана вода все още е по-силно.