Kas lemia vandenilio klijavimą?

Vandenilis jungiasi tarp a vandenilis atomas ir elektroneigiamas atomas (pvz., deguonis, fluoras, chloras). Ryšys yra silpnesnis nei joninis arba kovalentinis ryšys, bet stipresnis nei van der Waalso pajėgos (Nuo 5 iki 30 kJ / mol). Vandenilio ryšys yra klasifikuojamas kaip silpno cheminio ryšio rūšis.

Priežastis vandenilio rišimas įvyksta todėl, kad elektronas nėra tolygiai pasiskirstęs tarp vandenilio atomo ir neigiamai įkrauto atomo. Ryšyje esantis vandenilis vis dar turi tik vieną elektroną, o stabiliai elektronų porai reikia dviejų elektronų. Rezultatas yra tas, kad vandenilio atomas turi silpną teigiamą krūvį, todėl jį ir toliau traukia atomai, kurie vis dar turi neigiamą krūvį. Dėl šios priežasties molekulėse, turinčiose nepolinius kovalentinius ryšius, vandenilis nesijungia. Bet kuris junginys, turintis polinius kovalentinius ryšius, gali sudaryti vandenilio ryšius.

Vandenilio ryšiai gali susiformuoti molekulėje arba tarp skirtingų molekulių atomų. Nors norint prisijungti prie vandenilio, organinė molekulė nebūtina, šis reiškinys yra nepaprastai svarbus biologinėse sistemose. Vandenilinio ryšio pavyzdžiai:

• tarp dviejų vandens molekulių
• laikant dvi DNR grandines kartu, kad būtų suformuota dviguba spiralė
• stiprinantys polimerai (pvz., kartotinis elementas, padedantis kristalizuoti nailoną)
• formuojančios antrines baltymų struktūras, tokias kaip alfa spiralė ir beta plisuotas lapas
• tarp audinio pluoštų, dėl ko gali atsirasti raukšlių susidarymas
• tarp antigeno ir antikūno
• tarp fermento ir substrato
• transkripcijos veiksnių prisijungimas prie DNR

Vandenilio jungtys lemia kai kurias svarbias vandens savybes. Nors vandenilio ryšys yra tik 5% toks stiprus kaip kovalentinis ryšys, jo pakanka vandens molekulėms stabilizuoti.

• Dėl vandenilio jungties vanduo išlieka skystas plačiame temperatūrų diapazone.
• Vandenilio ryšiams sugadinti reikia papildomos energijos, todėl vanduo išgaruoja neįprastai aukštai. Vanduo turi daug aukštesnę virimo temperatūrą nei kiti hidridai.

Vandenilio jungimosi tarp vandens molekulių poveikis yra daug svarbių:

• Dėl vandenilio jungties ledas yra mažiau tankus nei skystas vanduo, taigi ledas plūduriuoja ant vandens.
• Vandenilio jungimosi poveikis šiluma garinimo padeda prakaitavimui tapti veiksminga gyvūnų temperatūros mažinimo priemone.
• Poveikis šilumos talpumui reiškia, kad vanduo apsaugo nuo didelių temperatūros pokyčių šalia didelių vandens telkinių ar drėgnoje aplinkoje. Vanduo padeda reguliuoti temperatūrą pasauliniu mastu.

Vandenilio ryšys yra svarbiausias tarp vandenilio ir labai elektroneigiamų atomų. Cheminės jungties ilgis priklauso nuo jos stiprumo, slėgio ir temperatūros. Ryšio kampas priklauso nuo konkrečių cheminių rūšių, kurios jungiasi. Vandenilio ryšių stiprumas svyruoja nuo labai silpno (1–2 kJ mol – 1) iki labai stipraus (161,5 kJ mol – 1). Keletas pavyzdžių entalpijos 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…: O₃⁺ (18 kJ / mol arba 4,3 kcal / mol)

_Nuorodos

_{Larsonas, Dž. W.; McMahon, T. B. (1984). „Dujų fazės bihalido ir pseudobihalido jonai. Jonų ciklotrono rezonanso nustatymas vandenilio ryšių energijose XHY rūšyse (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Neorganinė chemija 23 (14): 2029–2033.}

_{Emsley, Dž. (1980). „Labai stiprūs vandenilio ryšiai“. Cheminės visuomenės apžvalgos 9 (1): 91–124.
Omeras Markovitchas ir Noamas Agmonas (2007). "Hidronio hidratacijos apvalkalų struktūra ir energetika". Dž. Fiz. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}