Opredelitev in primeri vodikove vezi

Kaj morate vedeti o vodikovi vezi

Znanstvena fototeka / Getty Images

Večini ljudi je zamisel o ionskih in kovalentnih vezeh všeč, vendar niso prepričani, kaj so vodikove vezi, kako nastanejo in zakaj so pomembne.

Ključni zaključki: vodikove vezi

• Vodikova vez je privlačnost med dvema atomoma, ki že sodelujeta v drugih kemičnih vezeh. Eden od atomov je vodik, drugi pa je lahko kateri koli elektronegativen atom, na primer kisik, klor ali fluor.
• Vodikove vezi se lahko tvorijo med atomi znotraj molekule ali med dvema ločenima molekulama.
• Vodikova vez je šibkejša od ionske vezi ali kovalentne vezi, a močnejša od van der Waalsovih sil.
• Vodikove vezi igrajo pomembno vlogo v biokemiji in povzročajo številne edinstvene lastnosti vode.

Opredelitev vodikove vezi

Vodikova vez je vrsta privlačne (dipol-dipol) interakcije med elektronegativom atom in a vodik atom vezan drugemu elektronegativnemu atomu. Ta vez vedno vključuje atom vodika. Vodikove vezi lahko pride med molekule ali znotraj delov ene same molekule.

Vodikova vez je ponavadi močnejša od van der Waalsove sile , a šibkejši od kovalentne vezi oz ionske vezi . To je približno 1/20 (5 %) moči kovalentne vezi, nastale med O-H. Vendar je tudi ta šibka vez dovolj močna, da prenese manjša temperaturna nihanja.

Toda atomi so že povezani

Kako lahko vodik pritegne drug atom, ko je že vezan? V polarna vez , ena stran vezi še vedno izvaja rahel pozitiven naboj, medtem ko ima druga stran rahel negativni električni naboj. Oblikovanje vezi ne nevtralizira električne narave sodelujočih atomov.

Primeri vodikovih vezi

Vodikove vezi najdemo v nukleinskih kislinah med baznimi pari in med molekulami vode. Ta vrsta vezi nastane tudi med atomi vodika in ogljika različnih molekul kloroforma, med atomi vodika in dušika sosednjih molekul amoniaka, med ponavljajočimi se podenotami v polimernem najlonu ter med vodikom in kisikom v acetilacetonu. Mnoge organske molekule so podvržene vodikovim vezim. vodikova vez:

• Pomaga pri vezavi transkripcijskih faktorjev na DNK
• Pomaga pri vezavi antigen-protitelo
• Organizirajte polipeptide v sekundarne strukture, kot sta alfa vijačnica in beta list
• Držite skupaj obe verigi DNK
• Med seboj vežejo transkripcijske faktorje

Vodikova vez v vodi

Čeprav se med vodikom in katerim koli drugim elektronegativnim atomom tvorijo vodikove vezi, so vezi v vodi najbolj vseprisotne (in nekateri trdijo, da najpomembnejše). Vodikove vezi nastanejo med sosednjimi molekulami vode, ko pride vodik enega atoma med kisikove atome svoje in sosednje molekule. To se zgodi zato, ker vodikov atom privlači tako njegov lastni kisik kot drugi atomi kisika, ki se dovolj približajo. Jedro kisika ima 8 'plus' nabojev, zato privlači elektrone bolje kot jedro vodika s svojim enim pozitivnim nabojem. Torej so sosednje molekule kisika sposobne pritegniti atome vodika iz drugih molekul, kar tvori osnovo za nastanek vodikove vezi.

Skupno število vodikovih vezi, ki nastanejo med molekulami vode, je 4. Vsaka molekula vode lahko tvori 2 vodikovi vezi med kisikom in dvema atomoma vodika v molekuli. Med vsakim atomom vodika in bližnjimi atomi kisika se lahko tvorita dodatni dve vezi.

Posledica vodikove vezi je, da se vodikove vezi razporedijo v tetraeder okoli vsake molekule vode, kar vodi do dobro znane kristalne strukture snežink. V tekoči vodi je razdalja med sosednjimi molekulami večja in energija molekul je dovolj visoka, da se vodikove vezi pogosto raztegnejo in zlomijo. Vendar pa tudi tekoče molekule vode v povprečju dosežejo tetraedrsko razporeditev. Zaradi vodikove vezi postane struktura tekoče vode urejena pri nižji temperaturi, daleč od strukture drugih tekočin. Vodikova vez drži molekule vode približno 15 % bližje, kot če vezi ne bi bilo. Vezi so glavni razlog, zakaj ima voda zanimive in nenavadne kemične lastnosti.

• Vodikova vez zmanjša ekstremne temperaturne spremembe v bližini velikih vodnih teles.
• Vodikova vez omogoča živalim, da se ohladijo s pomočjo znoja, ker je potrebna tako velika količina toplote, da prekine vodikove vezi med molekulami vode.
• Vodikova vez ohranja vodo v tekočem stanju v širšem temperaturnem območju kot katera koli druga molekula primerljive velikosti.
• Vezava daje vodi izjemno visoko toploto uparjanja, kar pomeni, da je potrebna precejšnja toplotna energija za spremembo tekoče vode v vodno paro.

Vodikove vezi znotraj težka voda so celo močnejši od tistih v navadni vodi, narejeni z običajnim vodikom (protium). Vodikova vez v vodi s tritijem je še močnejša.