Ce cauzează legarea hidrogenului?

Lipirea hidrogenului are loc între un atom de hidrogen și un atom electronegativ (de exemplu, oxigen, fluor, clor). Legătura este mai slabă decât o legătură ionică sau o legătură covalentă, dar mai puternică decât forțele van der Waals (5 până la 30 kJ / mol). O legătură de hidrogen este clasificată ca un tip de legătură chimică slabă.

De ce se formează obligațiunile de hidrogen

Motivul pentru care se leagă hidrogenul se datorează faptului că electronul nu este împărțit uniform între un atom de hidrogen și un atom încărcat negativ. Hidrogenul dintr-o legătură are încă un singur electron, în timp ce este nevoie de doi electroni pentru o pereche de electroni stabilă. Rezultatul este că atomul de hidrogen poartă o încărcătură pozitivă slabă, deci rămâne atras de atomii care încă poartă o sarcină negativă. Din acest motiv, legătura de hidrogen nu are loc în molecule cu legături covalente nepolare. Orice compus cu legături covalente polare are potențialul de a forma legături de hidrogen.

Exemple de obligațiuni de hidrogen

Legăturile de hidrogen se pot forma în cadrul unei molecule sau între atomi în molecule diferite. Deși nu este necesară o moleculă organică pentru legarea hidrogenului, fenomenul este extrem de important în sistemele biologice. Exemple de legături cu hidrogen includ:

• între două molecule de apă
• ținând două șuvițe de ADN împreună pentru a forma o dublă helix
• întărirea polimerilor (de exemplu, repetarea unității care ajută la cristalizarea nailonului)
• formând structuri secundare în proteine, cum ar fi helix alfa și foaie plisată beta
• între fibrele din țesătură, ceea ce poate duce la formarea ridurilor
• între un antigen și un anticorp
• între o enzimă și un substrat
• legarea factorilor de transcripție la ADN

Lipirea hidrogenului și apă

Legăturile de hidrogen reprezintă unele calități importante ale apei. Chiar dacă o legătură de hidrogen este doar 5% mai puternică ca o legătură covalentă, este suficient să stabilizăm moleculele de apă.

• Lipirea hidrogenului face ca apa să rămână lichidă pe o gamă largă de temperatură.
• Deoarece este nevoie de energie suplimentară pentru a rupe legăturile de hidrogen, apa are o căldură neobișnuit de mare de vaporizare. Apa are un punct de fierbere mult mai mare decât al altor hidruri.

Există multe consecințe importante ale efectelor legăturii de hidrogen între moleculele de apă:

• Lipirea hidrogenului face ca gheața să fie mai puțin densă decât apa lichidă, astfel încât gheața plutește pe apă.
• Efectul legării hidrogenului asupra căldurii vaporizării ajută la transformarea transpirației într-un mijloc eficient de scădere a temperaturii pentru animale.
• Efectul asupra capacității de căldură înseamnă că apa protejează împotriva schimbărilor extreme de temperatură în apropierea corpurilor mari de apă sau a mediilor umede. Apa ajută la reglarea temperaturii la scară globală.

Forța obligațiunilor de hidrogen

Lipirea hidrogenului este cea mai semnificativă între atomii de hidrogen și cei cu înaltă electronegativitate. Lungimea legăturii chimice depinde de rezistența, presiunea și temperatura acesteia. Unghiul de legătură depinde de speciile chimice specifice implicate în legătură. Puterea legăturilor de hidrogen variază de la foarte slabe (1-2 kJ mol − 1) până la foarte puternice (161,5 kJ mol − 1). Unele exemple de entalpii în vapori sunt:

F − H ...: F (161,5 kJ / mol sau 38,6 kcal / mol)
O − H ...: N (29 kJ / mol sau 6,9 kcal / mol)
O − H ...: O (21 kJ / mol sau 5,0 kcal / mol)
N − H ...: N (13 kJ / mol sau 3,1 kcal / mol)
N − H ...: O (8 kJ / mol sau 1,9 kcal / mol)
HO − H ...: OH₃⁺ (18 kJ / mol sau 4,3 kcal / mol)

_Referințe

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Ioni de bihalură în fază de gaz și pseudobihalidă. O determinare a rezonanței ionului ciclotron a energiilor legăturilor de hidrogen la speciile XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN)". Chimie anorganică 23 (14): 2029-2033.}

_{Emsley, J. (1980). „Obligațiuni de hidrogen foarte puternice”. Recenzii despre societatea chimică 9 (1): 91-124.
Omer Markovitch și Noam Agmon (2007). "Structura și energia energetică a cojilor de hidratare a hidroniului". J. Fiz. Chem. A 111 (12): 2253-2256.}