Většina lidí je s myšlenkou iontových a kovalentních vazeb spokojená, přesto si není jistá, jaké jsou vodíkové vazby, jak se tvoří a proč jsou důležité.
Klíčové cesty: Vodíkové vazby
- Vodíková vazba je přitažlivost mezi dvěma atomy, které se již účastní dalších chemických vazeb. Jedním z atomů je vodík, zatímco druhým atomem může být jakýkoli elektronegativní atom, jako je kyslík, chlor nebo fluor.
- Vodíkové vazby se mohou tvořit mezi atomy v molekule nebo mezi dvěma samostatnými molekulami.
- Vodíková vazba je slabší než iontová vazba nebo kovalentní vazba, ale silnější než van der Waalsovy síly.
- Vodíkové vazby hrají důležitou roli v biochemii a produkují mnoho jedinečných vlastností vody.
Definice vodíkových vazeb
Vodíková vazba je druh atraktivní (dipól-dipól) interakce mezi elektronegativem atom a vodík atom spojený na jiný elektronegativní atom. Tato vazba vždy zahrnuje atom vodíku. Vodíkové vazby může nastat mezi molekuly nebo uvnitř částí jedné molekuly.
Vodíková vazba bývá silnější než síly van der Waals
, ale slabší než kovalentní vazby nebo iontové vazby. Je to asi 1/20 (5%) síla kovalentní vazby vytvořené mezi O-H. I tato slabá vazba je však dostatečně silná, aby vydržela mírné kolísání teploty.Ale atomy jsou již spojeny
Jak může být vodík přitahován k jinému atomu, když je již vázán? V polární vazba, jedna strana vazby stále vykazuje mírný kladný náboj, zatímco druhá strana má mírně záporný elektrický náboj. Vytváření vazby neutralizuje elektrickou povahu atomů účastníka.
Příklady vodíkových dluhopisů
Vodíkové vazby se nacházejí v nukleových kyselinách mezi páry bází a mezi molekulami vody. Tento typ vazby se také tvoří mezi atomy vodíku a uhlíku různých molekul chloroformu, mezi vodíkem a dusíkem atomy sousedních molekul amoniaku, mezi opakujícími se podjednotkami v polymerním nylonu a mezi vodíkem a kyslíkem v acetylaceton. Mnoho organických molekul podléhá vodíkovým vazbám. Vodíková vazba:
- Pomozte vázat transkripční faktory k DNA
- Pomáhá vazba antigen-protilátka
- Organizujte polypeptidy do sekundárních struktur, jako je alfa helix a beta list
- Držte pohromadě dva řetězce DNA
- Vázat transkripční faktory k sobě navzájem
Vodíkové lepení ve vodě
Ačkoli se vodíkové vazby tvoří mezi vodíkem a jakýmkoli jiným elektronegativním atomem, vazby ve vodě jsou nejvíce všudypřítomné (a někteří by argumentovali, nejdůležitější). Vodíkové vazby se tvoří mezi sousedními molekulami vody, když vodík jednoho atomu přichází mezi atomy kyslíku jeho vlastní molekuly a atomu jeho souseda. K tomu dochází, protože atom vodíku je přitahován jak ke svému vlastnímu kyslíku, tak k ostatním atomům kyslíku, které jsou dostatečně blízko. Kyslíkové jádro má 8 "plusových" nábojů, takže přitahuje elektrony lépe než atom vodíku s jediným pozitivním nábojem. Sousední kyslíkové molekuly jsou tedy schopny přitahovat atomy vodíku z jiných molekul, které tvoří základ tvorby vodíkových vazeb.
Celkový počet vodíkových vazeb vytvořených mezi molekulami vody je 4. Každá molekula vody může tvořit 2 vodíkové vazby mezi kyslíkem a dvěma atomy vodíku v molekule. Mezi každým vodíkovým atomem a blízkými atomy kyslíku mohou být vytvořeny další dvě vazby.
Důsledkem vodíkové vazby je to, že vodíkové vazby mají tendenci se uspořádat v čtyřstěnu kolem každé molekuly vody, což vede ke známé krystalové struktuře sněhových vloček. V kapalné vodě je vzdálenost mezi sousedními molekulami větší a energie molekul je dostatečně vysoká, aby vodíkové vazby byly často natahovány a rozbíjeny. Avšak i kapalné molekuly vody se průměrují do čtyřstěnného uspořádání. V důsledku vodíkové vazby se struktura kapalné vody stává uspořádanou při nižší teplotě, daleko za strukturou jiných kapalin. Vodíková vazba udržuje molekuly vody o 15% blíže, než kdyby vazby nebyly přítomny. Vazby jsou hlavním důvodem, proč voda vykazuje zajímavé a neobvyklé chemické vlastnosti.
- Vodíková vazba snižuje extrémní teplotní posuny poblíž velkých vodních ploch.
- Vazba vodíku umožňuje zvířatům ochladit se pomocí potu, protože k rozbití vodíkových vazeb mezi molekulami vody je potřeba takové velké množství tepla.
- Vodíková vazba udržuje vodu v tekutém stavu v širším teplotním rozmezí než pro jakoukoli jinou srovnatelně velkou molekulu.
- Spojení dává vodě mimořádně vysoké odpařovací teplo, což znamená, že je potřeba značná tepelná energie, aby se kapalná voda změnila na vodní páru.
Vodíkové vazby uvnitř těžká voda jsou dokonce silnější než ty v běžné vodě vyrobené za použití normálního vodíku (protium). Vazba vodíku v tritiované vodě je stále silnější.