Was ist eine Wasserstoffbrücke?
Eine Wasserstoffbindung ist eine relativ schwache Bindung, die Wasserstoffatome mit den elektronegativen Atomen Stickstoff, Sauerstoff oder Fluor eingehen. Wasserstoffbrückenbindungen sind schwächer als ionische, kovalente und metallische Bindungen, aber für sich genommen immer noch schwach stark, mit einer Energie, die typischerweise zwischen 5 und 30 kJ / Mol liegt. Schwache kovalente Bindungen haben dagegen eine Energie von ca. 155 kJ / mol. Wasserstoffbrückenbindung kann entweder eine intermolekulare (zwischen Molekülen) oder eine intramolekulare (zwischen verschiedenen Teilen eines Moleküls) Bindung sein. Diese Art der Bindung kann sowohl in organischen Molekülen wie DNA als auch in anorganischen Molekülen wie Wasser auftreten. Die Wasserstoffbrückenbindung ist teilweise für die komplexe Sekundär- und Tertiärstruktur von Proteinen verantwortlich.
Das allgegenwärtigste und einfachste Beispiel für Wasserstoffbrückenbindungen ist in Wasser, wo jedes Wassermolekül über Wasserstoffbrückenbindungen an vier benachbarte Wassermoleküle gebunden ist. Das Sauerstoffatom in jedem Wassermolekül hat zwei einzelne Elektronen zu bieten, die von Wasserstoffatomen in anderen Wassermolekülen sofort gebunden werden. Weiterhin binden die beiden Wasserstoffatome, die an jeden Sauerstoff gebunden sind, an die Sauerstoffmoleküle in benachbarten Wassermolekülen. Diese intermolekulare Bindung ist für den relativ hohen Siedepunkt von Wasser verantwortlich. Wasser hat einen extrem hohen Siedepunkt im Vergleich zu Materialien, die aus Molekülen ähnlicher Größe bestehen. Wenn diese Bindungen nicht existieren würden, würde Wasser bei einer ähnlichen Temperatur wie Kohlendioxid (die bei -78 ° C oder -108,4 ° F siedet) sieden und das Leben, wie wir es kennen, wäre unmöglich.
Eine Wasserstoffbindung besteht aus einem Wasserstoffbindungsakzeptor, dem Zielatom, und einem Wasserstoffbindungsdonor, dem Wasserstoffatom selbst. Manchmal kann Kohlenstoff in Molekülen wie Chloroform (CHCl 3 ) an der Wasserstoffbindung beteiligt sein, insbesondere wenn er von elektronegativen Atomen wie Chlor umgeben ist. Eine Wasserstoffbindung ist ungewöhnlich und wird oft als elektrostatische Dipol-Dipol-Wechselwirkung (schwache intermolekulare Wechselwirkung) bezeichnet. Sie wird durch kurzzeitige Quantenfluktuationen der elektrischen Ladung in transientere Bindungen eingebunden, hat aber auch viele Eigenschaften der viel stärkeren kovalenten Bindungen. wo Elektronenwolken tatsächlich direkt überlappen. Zu diesen Merkmalen gehören die Richtwirkung, die Stärke, die Produktionsabstände zwischen Atomen, die kürzer sind als diejenigen, die für transiente Van-der-Waals-Wechselwirkungen typisch sind, und eine begrenzte Anzahl von Wechselwirkungspartnern, die für stärkere Bindungen diagnostiziert werden.
Die Länge der Wasserstoffbrückenbindungen hängt von der Bindungsstärke, der Temperatur und dem Druck ab. Die Bindungsstärke hängt auch von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich Temperatur, Bindungswinkel, Druck und Umgebung. In Wasser beträgt die typische Länge einer Wasserstoffbrücke 1,97 Å (197 pm).