Co to jest wiązanie wodorowe?

Wiązanie wodorowe jest stosunkowo słabym wiązaniem, które atomy wodoru tworzą z elektroujemnymi atomami azotu, tlenu lub fluoru. Wiązania wodorowe są słabsze niż wiązania jonowe, kowalencyjne i metaliczne, ale same w sobie są dość silne, z energią zwykle od 5 do 30 kJ / mol. Natomiast słabe wiązania kowalencyjne mają energię około 155 kJ / mol. Wiązanie wodorowe może być wiązaniem międzycząsteczkowym (między cząsteczkami) lub wewnątrzcząsteczkowym (między różnymi częściami cząsteczki). Ten rodzaj wiązania może występować zarówno w cząsteczkach organicznych, takich jak DNA, jak i cząsteczkach nieorganicznych, takich jak woda. Wiązanie wodoru jest częściowo odpowiedzialne za złożoną strukturę drugorzędową i trzeciorzędową białek.

Najbardziej wszechobecnym i najprostszym przykładem wiązania wodorowego jest woda, w której każda cząsteczka wody jest związana z czterema sąsiadującymi cząsteczkami wody poprzez wiązanie wodorowe. Atom tlenu w każdej cząsteczce wody ma do zaoferowania dwa samotne elektrony, które są natychmiast związane z atomami wodoru w innych cząsteczkach wody. Ponadto dwa atomy wodoru przyłączone do każdego wiązania tlenowego z cząsteczkami tlenu w sąsiednich cząsteczkach wody. To wiązanie międzycząsteczkowe odpowiada za stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia wody. Woda ma niezwykle wysoką temperaturę wrzenia w stosunku do materiałów składających się z cząsteczek o podobnej wielkości. Gdyby te wiązania nie istniały, woda gotowałaby się w temperaturze podobnej do dwutlenku węgla (który wrze w temperaturze -78 ° C lub -108,4 ° F), a życie, jakie znamy, byłoby niemożliwe.

Wiązanie wodorowe składa się z akceptora wiązania wodorowego, atomu docelowego i donora wiązania wodorowego, samego atomu wodoru. Czasami w cząsteczkach takich jak chloroform (CHCl3) węgiel może zaangażować się w wiązanie wodoru, zwłaszcza gdy jest otoczony atomami elektroujemnymi, takimi jak chlor. Wiązanie wodorowe jest niezwykłe i często nazywane elektrostatycznym oddziaływaniem dipol-dipol (słabym oddziaływaniem międzycząsteczkowym), łącząc je z przejściowymi wiązaniami spowodowanymi chwilowymi wahaniami kwantowymi ładunku elektrycznego, ale ma także wiele cech znacznie silniejszych wiązań kowalencyjnych, gdzie chmury elektronów faktycznie nakładają się bezpośrednio. Te cechy obejmują kierunkowość, wytrzymałość, produkcyjne odległości międzyatomowe krótsze niż te typowe dla przejściowych interakcji van der Waalsa oraz ograniczoną liczbę partnerów interakcji, co jest diagnozą silniejszych wiązań.

Długość wiązań wodorowych różni się w zależności od siły wiązania, temperatury i ciśnienia. Siła wiązania zależy również od wielu czynników, w tym temperatury, kąta wiązania, ciśnienia i środowiska. W wodzie typowa długość wiązania wodorowego wynosi 1,97 Å (197 pm).