SPOJENIE VODÍKOVÝM MOSTÍKOM: HLAVNÉ ZNAKY - CHÉMIA - 2026

Odkaz vodíkové väzby je elektrostatická príťažlivosť medzi dvoma polárnymi skupinami, ktoré nastane, keď atóm vodíka (H), viazaný na vysoko elektronegativní atóm príťažlivosť pôsobí na elektrostatickom poli electronegatively nabitý atóm blízkosti.

Vo fyzike a chémii existujú sily, ktoré vytvárajú interakciu medzi dvoma alebo viacerými molekulami, vrátane síl príťažlivosti alebo odporu, ktoré môžu pôsobiť medzi týmito a inými blízkymi časticami (ako sú atómy a ióny). Tieto sily sa nazývajú intermolekulárne sily.

Dve molekuly sa zostavia do dimérneho komplexu pomocou štyroch vodíkových väzieb.

Medzimolárne sily sú svojou povahou slabšie ako sily, ktoré viažu časti molekuly zvnútra von (intramolekulárne sily).

Medzi atraktívne medzimolekulové sily existujú štyri typy: ión-dipólové sily, dipól-dipólové sily, van der Waalsove sily a vodíkové väzby.

Vlastnosti vodíkových väzieb

Vodíková väzba je medzi „donorovým“ atómom (elektronegatívnym atómom, ktorý má vodík) a „receptorom“ (elektronegatívom bez vodíka).

Spravidla vytvára energiu medzi 1 až 40 Kcal / mol, čo robí túto príťažlivosť podstatne silnejšou ako tá, ktorá nastala pri van der Waalsovej interakcii, ale slabšia ako kovalentné a iónové väzby.

Zvyčajne sa vyskytuje medzi molekulami s atómami, ako je dusík (N), kyslík (O) alebo fluór (F), hoci sa pozoruje aj s atómami uhlíka (C), keď sú naviazané na vysoko elektronegatívne atómy, ako v prípade chloroformu ( CHCEM ₃ ).

Prečo k únii dôjde?

K tejto väzbe dochádza preto, že vodík (malý atóm s typicky neutrálnym nábojom) tým, že je pripojený k vysoko elektronegatívnemu atómu, získava čiastočne pozitívny náboj, čo spôsobuje, že začne priťahovať ďalšie elektregegatívne atómy smerom k sebe.

Odtiaľ vzniká väzba, ktorá síce nemôže byť klasifikovaná ako úplne kovalentná, ale viaže vodík a jeho elektronegatívny atóm k tomuto ďalšiemu atómu.

Prvé dôkazy o existencii týchto väzieb boli pozorované štúdiou, ktorá merala teploty varu. Zistilo sa, že nie všetky sa zvyšovali podľa molekulovej hmotnosti, ako sa očakávalo, ale boli určité zlúčeniny, ktoré vyžadovali vyššiu teplotu varu, ako sa predpokladalo.

Odtiaľ sa začala pozorovať existencia vodíkových väzieb v elektronegatívnych molekulách.

Dĺžka odkazu

Najdôležitejšou charakteristikou na meranie vodíkovej väzby je jej dĺžka (čím je dlhšia, tým menej silná), ktorá sa meria v angstrome (A).

Táto dĺžka zasa závisí od pevnosti spoja, teploty a tlaku. Nasledujúci text opisuje, ako tieto faktory ovplyvňujú silu vodíkovej väzby.

Pevnosť spoja

Samotná pevnosť väzby závisí od tlaku, teploty, uhla väzby a prostredia (ktoré sa vyznačuje lokálnou dielektrickou konštantou).

Napríklad v prípade molekúl lineárnej geometrie je väzba slabšia, pretože vodík je ďalej od jedného atómu ďalej od druhého, ale v užších uhloch táto sila rastie.

teplota

Študovalo sa, že vodíkové väzby sú náchylné na tvorbu pri nižších teplotách, pretože pokles hustoty a zvýšenie molekulárneho pohybu pri vyšších teplotách spôsobuje ťažkosti pri tvorbe vodíkových väzieb.

Spoje môžu byť prerušené dočasne a / alebo natrvalo so zvyšujúcou sa teplotou, je však dôležité si uvedomiť, že tieto väzby tiež spôsobujú, že zlúčeniny majú väčšiu odolnosť proti varu, ako je to v prípade vody.

tlak

Čím vyšší je tlak, tým väčšia je pevnosť vodíkovej väzby. Deje sa tak preto, že atómy molekuly (napríklad v ľade) sa pri vyšších tlakoch viac zhutnia a to pomôže zmenšiť vzdialenosť medzi komponentmi väzby.

V skutočnosti je táto hodnota takmer lineárna pri štúdiu ľadu na grafe, kde sa oceňuje dĺžka väzby zistená pri tlaku.

Vodíkové mostíkové viazanie vo vode

Molekula vody viazaná na vodík.

Molekula vody (H ₂ O) je považovaný za ideálny prípad vodíkové väzby: každá molekula môže tvoriť štyri potenciálny vodíkové väzby s molekulami vody v okolí.

V každej molekule je dokonalé množstvo kladne nabitých vodíkov a neviazaných párov elektrónov, čo umožňuje všetkým z nich zapojiť sa do vodíkových väzieb.

To je dôvod, prečo voda má vyššiu teplotu varu ako iné molekuly, ako je amoniak (NH ₃ ) a fluorovodíka (HF).

V prvom prípade má atóm dusíka iba jeden voľný pár elektrónov, čo znamená, že v skupine molekúl amoniaku nie je dostatok voľných párov na uspokojenie potrieb všetkých vodíkov.

Hovorí sa, že pre každú molekulu amoniaku sa vytvorí jediná vodíková väzba a že ostatné atómy H sú „premrhané“.

V prípade fluoridov je skôr nedostatok vodíka a páry elektrónov sú „zbytočné“. Vo vode je opäť správne množstvo vodíkových párov a elektrónov, takže sa tento systém dokonale viaže.

Vodíkové väzby v DNA a ďalších molekulách

V proteínoch a DNA je možné pozorovať aj vodíkové väzby: v prípade DNA je tvar dvojitej špirály spôsobený vodíkovými väzbami medzi jej pármi báz (stavebné bloky, ktoré tvoria špirálu), čo umožňuje tieto molekuly sa replikujú a život, ako vieme, existuje.

V prípade proteínov tvoria vodíky väzby medzi kyslíkom a amidovým vodíkom; V závislosti od polohy, v ktorej sa vyskytuje, sa vytvoria rôzne výsledné proteínové štruktúry.

Vodíkové väzby sú tiež prítomné v prírodných a syntetických polyméroch a v organických molekulách, ktoré obsahujú dusík, a ďalšie molekuly s týmto typom väzby sa stále študujú vo svete chémie.

Referencie

1. Vodíková väzba. (SF). Wikipedia. Zdroj: en.wikipedia.org
2. Desiraju, GR (2005). Indický vedecký inštitút, Bangalore. Zdroj: ipc.iisc.ernet.in
3. Mishchuk, NA a Goncharuk, VV (2017). O povahe fyzikálnych vlastností vody. Khimiya i Tekhnologiya Vody.
4. Chemistry, WI (sf). Čo je chémia. Zdroj: whatischemistry.unina.it
5. Chemguide. (SF). ChemGuide. Zdroj: chemguide.co.uk