Hydrogenbindingsdefinisjon og eksempler

Hva du trenger å vite om hydrogenbinding

Science Photo Library / Getty Images

De fleste mennesker er komfortable med ideen om ioniske og kovalente bindinger, men er likevel usikre på hva hydrogenbindinger er, hvordan de dannes og hvorfor de er viktige.

Nøkkeltilbud: Hydrogenobligasjoner

• En hydrogenbinding er en attraksjon mellom to atomer som allerede deltar i andre kjemiske bindinger. Ett av atomene er hydrogen, mens det andre kan være et hvilket som helst elektronegativt atom, slik som oksygen, klor eller fluor.
• Hydrogenbindinger kan dannes mellom atomer i et molekyl eller mellom to separate molekyler.
• En hydrogenbinding er svakere enn en ionisk binding eller en kovalent binding, men sterkere enn van der Waals-krefter.
• Hydrogenbindinger spiller en viktig rolle i biokjemi og produserer mange av de unike egenskapene til vann.

Hydrogenbinding Definisjon

En hydrogenbinding er en type attraktiv (dipol-dipol) interaksjon mellom en elektronegativ atom og a hydrogen atom bundet til et annet elektronegativt atom. Denne bindingen involverer alltid et hydrogenatom. Hydrogenbindinger kan oppstå mellom molekyler eller innenfor deler av et enkelt molekyl.

En hydrogenbinding har en tendens til å være sterkere enn van der Waals styrker , men svakere enn kovalente bindinger eller ioniske bindinger . Det er omtrent 1/20 (5%) av styrken til den kovalente bindingen som dannes mellom O-H. Men selv denne svake bindingen er sterk nok til å tåle små temperatursvingninger.

Men atomene er allerede bundet

Hvordan kan hydrogen bli tiltrukket av et annet atom når det allerede er bundet? I en polar binding , utøver den ene siden av bindingen fortsatt en svak positiv ladning, mens den andre siden har en svak negativ elektrisk ladning. Å danne en binding nøytraliserer ikke den elektriske naturen til deltakende atomer.

Eksempler på hydrogenbindinger

Hydrogenbindinger finnes i nukleinsyrer mellom basepar og mellom vannmolekyler. Denne typen bindinger dannes også mellom hydrogen- og karbonatomer av forskjellige kloroformmolekyler, mellom hydrogen- og nitrogenatomer til naboammoniakkmolekyler, mellom repeterende underenheter i polymernylonen, og mellom hydrogen og oksygen i acetylaceton. Mange organiske molekyler er utsatt for hydrogenbindinger. Hydrogenbinding:

• Bidra til å binde transkripsjonsfaktorer til DNA
• Hjelpe antigen-antistoffbinding
• Organiser polypeptider i sekundære strukturer, slik som alfahelix og beta-ark
• Hold sammen de to DNA-strengene
• Bind transkripsjonsfaktorer til hverandre

Hydrogenbinding i vann

Selv om hydrogenbindinger dannes mellom hydrogen og et hvilket som helst annet elektronegativt atom, er bindingene i vann de mest allestedsnærværende (og noen vil hevde, de viktigste). Hydrogenbindinger dannes mellom tilstøtende vannmolekyler når hydrogenet til ett atom kommer mellom oksygenatomene til dets eget molekyl og det til naboen. Dette skjer fordi hydrogenatomet tiltrekkes av både sitt eget oksygen og andre oksygenatomer som kommer nær nok. Oksygenkjernen har 8 'pluss' ladninger, så den tiltrekker seg elektroner bedre enn hydrogenkjernen, med sin eneste positive ladning. Så nabooksygenmolekyler er i stand til å tiltrekke seg hydrogenatomer fra andre molekyler, og danner grunnlaget for hydrogenbindingsdannelse.

Det totale antallet hydrogenbindinger som dannes mellom vannmolekyler er 4. Hvert vannmolekyl kan danne 2 hydrogenbindinger mellom oksygen og de to hydrogenatomene i molekylet. Ytterligere to bindinger kan dannes mellom hvert hydrogenatom og nærliggende oksygenatomer.

En konsekvens av hydrogenbinding er at hydrogenbindinger har en tendens til å ordne seg i et tetraeder rundt hvert vannmolekyl, noe som fører til den velkjente krystallstrukturen til snøflak. I flytende vann er avstanden mellom tilstøtende molekyler større og energien til molekylene er høy nok til at hydrogenbindinger ofte strekkes og brytes. Imidlertid er selv flytende vannmolekyler gjennomsnittlig til et tetraedrisk arrangement. På grunn av hydrogenbinding blir strukturen til flytende vann ordnet ved lavere temperatur, langt utover den for andre væsker. Hydrogenbinding holder vannmolekyler omtrent 15 % nærmere enn om bindingene ikke var til stede. Bindingene er hovedårsaken til at vann viser interessante og uvanlige kjemiske egenskaper.

• Hydrogenbinding reduserer ekstreme temperaturskift nær store vannmasser.
• Hydrogenbinding lar dyr kjøle seg ned ved hjelp av svette fordi en så stor mengde varme er nødvendig for å bryte hydrogenbindinger mellom vannmolekyler.
• Hydrogenbinding holder vann i flytende tilstand over et bredere temperaturområde enn for noe annet molekyl av tilsvarende størrelse.
• Bindingen gir vann en eksepsjonelt høy fordampningsvarme, noe som betyr at det trengs betydelig termisk energi for å endre flytende vann til vanndamp.

Hydrogenbindinger innenfor tungt vann er enda sterkere enn de i vanlig vann laget ved bruk av normalt hydrogen (protium). Hydrogenbinding i tritiert vann er enda sterkere.