Link by Hydrogen Bridge: Charakterystyka, połączenie w wodzie i DNA
Wiązanie mostu wodorowego jest przyciąganiem elektrostatycznym między dwiema grupami polarnymi, które występuje, gdy atom wodoru (H) przyłączony do wysoce elektroujemnego atomu przyciąga pole elektrostatyczne innego elektroujemnie naładowanego pobliskiego atomu.
W fizyce i chemii istnieją siły, które generują interakcję między dwiema lub więcej cząsteczkami, w tym siły przyciągania lub odpychania, które mogą działać między tymi i innymi pobliskimi cząstkami (takimi jak atomy i jony). Siły te nazywane są siłami międzycząsteczkowymi.
Siły międzymolarne są słabsze niż te, które łączą części cząsteczki od wewnątrz (siły wewnątrzcząsteczkowe).
Istnieją cztery typy atrakcyjnych sił międzycząsteczkowych: siły jonowo-dipolowe, siły dipolowo-dipolowe, siły van der Waalsa i wiązania wodorowe.
Charakterystyka ogniwa mostu wodorowego
Wiązanie mostkiem wodorowym znajduje się między atomem „donora” (elektroujemny, który ma wodór) i „receptorem” (elektroujemny bez wodoru).
Zwykle wytwarza energię od 1 do 40 Kcal / mol, dzięki czemu przyciąganie to jest znacznie silniejsze niż to, które wystąpiło w interakcji van der Waalsa, ale słabsze niż wiązania kowalencyjne i jonowe.
Zwykle występuje między cząsteczkami z atomami, takimi jak azot (N), tlen (O) lub fluor (F), chociaż obserwuje się to również w przypadku atomów węgla (C), gdy są one przyłączone do wysoce elektroujemnych atomów, jak w przypadku chloroformu ( CHCI3).
Dlaczego związek się dzieje?
Ta jedność występuje, ponieważ będąc przyłączonym do wysoce elektroujemnego atomu, wodór (mały atom o typowo neutralnym ładunku) uzyskuje częściowo dodatni ładunek, powodując, że zaczyna przyciągać do siebie inne atomy elektroujemne.
Z tego wynika związek, który chociaż nie może być sklasyfikowany jako całkowicie kowalencyjny, wiąże wodór i jego elektroujemny atom z tym innym atomem.
Pierwsze dowody istnienia tych wiązań zaobserwowano w badaniu, które mierzyło punkty wrzenia. Zauważono, że nie wszystkie z nich wzrosły zgodnie z masą cząsteczkową, zgodnie z oczekiwaniami, ale były pewne związki, które wymagały wyższej temperatury do wrzenia niż przewidywano.
Od tego momentu zaczęliśmy obserwować istnienie wiązań wodorowych w cząsteczkach elektroujemnych.
Długość linku
Najważniejszą cechą do pomiaru w wiązaniu wodorowym jest jego długość (dłuższa, mniej silna), która jest mierzona w angstremach (Å).
Z kolei długość ta zależy od siły wiązania, temperatury i ciśnienia. Poniżej opisano, w jaki sposób czynniki te wpływają na siłę wiązania wodorowego.
Siła łącza
Siła wiązania zależy sama w sobie od ciśnienia, temperatury, kąta wiązania i środowiska (które charakteryzuje się lokalną stałą dielektryczną).
Na przykład dla cząsteczek o liniowej geometrii związek jest słabszy, ponieważ wodór jest dalej od jednego atomu niż od innego, ale przy bardziej zamkniętych kątach siła ta rośnie.
Temperatura
Badano, że wiązania wodorowe są podatne na tworzenie się w niższych temperaturach, ponieważ zmniejszenie gęstości i wzrost ruchu molekularnego w wyższych temperaturach powoduje trudności w tworzeniu wiązań wodorowych.
Wiązania mogą zostać przerwane czasowo i / lub na stałe wraz ze wzrostem temperatury, ale ważne jest, aby zauważyć, że wiązania również powodują większą odporność związków na gotowanie, jak w przypadku wody.
Ciśnienie
Im wyższe ciśnienie, tym większa siła wiązania wodorowego. Dzieje się tak, ponieważ przy wyższych ciśnieniach atomy cząsteczki (jak na przykład w lodzie) będą bardziej zwarte, co pomoże zmniejszyć odległość między komponentami łącza.
W rzeczywistości wartość ta jest prawie liniowa przy badaniu lodu na wykresie, gdzie doceniana jest długość łącza znaleziona wraz z ciśnieniem.
Połączenie mostem wodorowym w wodzie
Cząsteczka wody (H 2 O) jest uważana za doskonały przypadek wiązania wodorowego: każda cząsteczka może tworzyć cztery potencjalne wiązania wodorowe z pobliskimi cząsteczkami wody.
W każdej cząsteczce znajduje się doskonała ilość dodatnio naładowanych wodorów i niezwiązanych par elektronów, co umożliwia wszystkim udział w tworzeniu wiązań wodorowych.
Dlatego woda ma wyższą temperaturę wrzenia niż inne cząsteczki, takie jak na przykład amoniak (NH 3 ) i fluorowodór (HF).
W przypadku pierwszego atom azotu ma tylko parę wolnych elektronów, a to oznacza, że w grupie cząsteczek amoniaku nie ma wystarczającej liczby wolnych par, aby zaspokoić potrzeby wszystkich wodorów.
Mówi się, że dla każdej cząsteczki amoniaku pojedyncze wiązanie tworzy mostek wodorowy, a pozostałe atomy H są „zmarnowane”.
W przypadku fluoru występuje raczej deficyt wodorów, a „pary” elektronów są „marnowane”. Ponownie, w wodzie jest odpowiednia ilość wodorów i par elektronów, więc ten system doskonale się ze sobą wiąże.
Połączenie mostkiem wodorowym w DNA i innych cząsteczkach
W białkach i DNA można również zaobserwować wiązania wodorowe: w przypadku DNA forma podwójnej helisy jest spowodowana wiązaniami wodorowymi między jej parami podstawowymi (blokami tworzącymi helisę), które pozwalają cząsteczki te są replikowane i istnieje życie, jakie znamy.
W przypadku białek wodory tworzą wiązania między atomami tlenu i atomami amidu; w zależności od pozycji, w której występuje, powstają różne powstałe struktury białkowe.
Wiązania wodorowe występują również w naturalnych i syntetycznych polimerach oraz w cząsteczkach organicznych zawierających azot, a inne cząsteczki z tego typu związkiem są nadal badane w świecie chemii.
