Kas sukelia vandenilinį ryšį?

Kaip veikia vandenilinės jungtys

LAGUNA DESIGN/Science Photo Library/Getty Images

Vandenilinis ryšys atsiranda tarp a vandenilis atomas ir an elektronneigiamas atomas (pvz., deguonis, fluoras, chloras). Ryšys yra silpnesnis nei joninis ryšys arba kovalentinis ryšys, bet stipresnis nei van der Waals pajėgos (nuo 5 iki 30 kJ/mol). Vandenilio jungtis priskiriama silpnų cheminių jungčių tipui.

Kodėl susidaro vandenilinės jungtys

Priežastis vandenilinis ryšys Taip yra todėl, kad elektronas nėra tolygiai pasiskirstęs tarp vandenilio atomo ir neigiamo krūvio atomo. Vandenilis ryšyje vis dar turi tik vieną elektroną, o stabiliai elektronų porai reikia dviejų elektronų. Rezultatas yra toks, kad vandenilio atomas turi silpną teigiamą krūvį, todėl jį traukia atomai, kurie vis dar turi neigiamą krūvį. Dėl šios priežasties vandenilinis ryšys nevyksta molekulėse su nepoliniais kovalentiniais ryšiais. Bet koks junginys su poliniais kovalentiniais ryšiais gali sudaryti vandenilio ryšius.

Vandenilinių jungčių pavyzdžiai

Vandenilio ryšiai gali susidaryti molekulėje arba tarp skirtingų molekulių atomų. Nors vandeniliniam ryšiui organinė molekulė nebūtina, šis reiškinys itin svarbus biologinėse sistemose. Vandenilio jungties pavyzdžiai:

• tarp dviejų vandens molekulių
• laikantis dvi DNR grandines kartu, kad susidarytų dviguba spiralė
• stiprinantys polimerai (pvz., pasikartojantis blokas, padedantis kristalizuoti nailoną)
• formuoja antrines struktūras baltymuose, pvz., alfa spiralę ir beta klostuotą lakštą
• tarp audinio pluoštų, o tai gali sukelti raukšlių susidarymas
• tarp antigeno ir antikūno
• tarp fermento ir substrato
• transkripcijos faktorių prisijungimas prie DNR

Vandenilinis ryšys ir vanduo

Vandenilio ryšiai lemia kai kurias svarbias vandens savybes. Nors vandenilio ryšys yra tik 5% stipresnis už kovalentinį ryšį, jo pakanka vandens molekulėms stabilizuoti.

• Vandenilinis ryšys lemia, kad vanduo išlieka skystas plačiame temperatūrų diapazone.
• Kadangi vandenilinėms jungtims nutraukti reikia papildomos energijos, vanduo turi neįprastai didelę garavimo šilumą. Vanduo turi daug aukštesnę virimo temperatūrą nei kiti hidridai.

Vandenilio jungties tarp vandens molekulių poveikis turi daug svarbių pasekmių:

• Dėl vandenilio jungties ledas yra mažiau tankus nei skystas vanduo, todėl ledas plūduriuoja ant vandens .
• Vandenilio jungties poveikis karštis išgarinimo padeda paversti prakaitu efektyvia gyvūnų temperatūros mažinimo priemone.
• Poveikis šiluminei galiai reiškia, kad vanduo apsaugo nuo ekstremalių temperatūros pokyčių šalia didelių vandens telkinių ar drėgnos aplinkos. Vanduo padeda reguliuoti temperatūrą pasauliniu mastu.

Vandenilinių jungčių stiprumas

Vandenilio ryšys yra svarbiausias tarp vandenilio ir labai elektronegatyvių atomų. Cheminės jungties ilgis priklauso nuo jo stiprumo, slėgio ir temperatūros. Ryšio kampas priklauso nuo konkrečių jungtyje dalyvaujančių cheminių medžiagų. Vandenilinių jungčių stiprumas svyruoja nuo labai silpnų (1–2 kJ mol-1) iki labai stiprių (161,5 kJ mol-1). Kažkoks pavyzdys entalpijų garuose yra:

F−H…:F (161,5 kJ/mol arba 38,6 kcal/mol)
O−H…:N (29 kJ/mol arba 6,9 kcal/mol)
O-H…:O (21 kJ/mol arba 5,0 kcal/mol)
N−H…:N (13 kJ/mol arba 3,1 kcal/mol)
N−H…:O (8 kJ/mol arba 1,9 kcal/mol)
HO – H…: OH₃⁺(18 kJ/mol arba 4,3 kcal/mol)

_Nuorodos

_{Larsonas, J. W.; McMahon, T. B. (1984). „Dujų fazės bihalogenido ir pseudobihalido jonai. Jonų ciklotrono rezonanso vandenilio jungties energijų nustatymas XHY rūšimis (X, Y = F, Cl, Br, CN)“. Neorganinė chemija 23 (14): 2029–2033.}

_{Emsley, J. (1980). „Labai stiprios vandenilinės jungtys“. Chemical Society Reviews 9 (1): 91–124.
Omeras Markovičius ir Noamas Agmonas (2007). „Hidronio hidratacijos apvalkalų struktūra ir energija“. J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}