Wat is een waterstofbinding?
Een waterstofbinding is een relatief zwakke binding die waterstofatomen maken met de elektronegatieve atomen stikstof, zuurstof of fluor. Waterstofbindingen zijn zwakker dan ionische, covalente en metaalachtige bindingen, maar op zichzelf nog steeds licht sterk, met een energie typisch tussen 5 tot 30 kJ / mol. Daarentegen hebben zwakke covalente bindingen een energie van ongeveer 155 kJ / mol. Waterstofbinding kan een intermoleculaire (tussen moleculen) of intramoleculaire (tussen verschillende delen van een molecuul) binding zijn. Dit type binding kan voorkomen in zowel organische moleculen, zoals DNA, en anorganische moleculen, zoals water. Waterstofbinding is gedeeltelijk verantwoordelijk voor de complexe secundaire en tertiaire structuur van eiwitten.
Het meest alomtegenwoordige en eenvoudigste voorbeeld van waterstofbinding is in water, waarbij elk watermolecuul is gebonden aan vier aangrenzende watermoleculen door waterstofbinding. Het zuurstofatoom in elk watermolecuul heeft twee eenzame elektronen te bieden, die onmiddellijk worden verbonden door waterstofatomen in andere watermoleculen. Bovendien binden de twee waterstofatomen aan elke zuurstofbinding aan de zuurstofmoleculen in aangrenzende watermoleculen. Deze intermoleculaire binding is verantwoordelijk voor het relatief hoge kookpunt van water. Water heeft een extreem hoog kookpunt ten opzichte van materialen bestaande uit moleculen van vergelijkbare grootte. Als deze bindingen niet zouden bestaan, zou water koken bij een temperatuur vergelijkbaar met koolstofdioxide (die kookt bij -78 ° C of -108.4 ° F) en zou het leven zoals we weten onmogelijk zijn.
Een waterstofbinding bestaat uit een waterstofbindingsacceptor, het doelatoom en een waterstofbindingsdonor, het waterstofatoom zelf. Soms, in moleculen zoals chloroform (CHC13), kan koolstof betrokken raken bij waterstofbinding, vooral wanneer omgeven door elektronegatieve atomen zoals chloor. Een waterstofbinding is ongebruikelijk en wordt vaak een elektrostatische dipool-dipool-interactie genoemd (een zwakke intermoleculaire interactie), waardoor deze wordt ingepakt met meer tijdelijke bindingen veroorzaakt door tijdelijke kwantumfluctuaties in elektrische lading, maar het heeft ook veel kenmerken van de veel sterkere covalente bindingen, waar elektronenwolken elkaar rechtstreeks overlappen. Deze kenmerken omvatten richtingsgevoeligheid, sterkte, de productie-interatomaire afstanden korter dan die typisch zijn voor tijdelijke van der Waals-interacties, en een beperkt aantal interactiepartners, wat een diagnose is van sterkere bindingen.
De lengte van waterstofbruggen varieert afhankelijk van de sterkte, temperatuur en druk van de binding. De verbindingssterkte is ook afhankelijk van een aantal factoren, waaronder temperatuur, verbindingshoek, druk en omgeving. In water is de typische lengte van een waterstofbinding 1,97 Å (197 pm).