Daugeliui žmonių patinka joninės ir kovalentinės jungtys, tačiau nežinote, kas yra vandenilio ryšiai, kaip jie susiformuoja ir kodėl jie yra svarbūs.
Svarbiausios prekės: vandenilio jungtys
- Vandenilio ryšys yra atomazga tarp dviejų atomų, kurie jau dalyvauja kituose cheminiuose ryšiuose. Vienas iš atomų yra vandenilis, o kitas gali būti bet koks elektroneigiamas atomas, toks kaip deguonis, chloras arba fluoras.
- Tarp molekulės atomų arba tarp dviejų atskirų molekulių gali susidaryti vandenilio ryšiai.
- Vandenilio jungtis yra silpnesnė nei joninė arba kovalentinė jungtis, bet stipresnė nei van der Waalso jėgos.
- Vandenilio jungtys vaidina svarbų vaidmenį biochemijoje ir sukuria daugelį unikalių vandens savybių.
Vandenilio jungties apibrėžimas
Vandenilio ryšys yra patrauklios (dipolio-dipolio) sąveikos tarp elektronegatyvo rūšis atomas ir a vandenilis atomas surištos į kitą elektroneigiamą atomą. Ši jungtis visada apima vandenilio atomą. Vandenilio jungtys gali atsirasti tarp molekulės arba vienos molekulės dalyse.
Vandenilio ryšys yra linkęs būti stipresnis nei van der Waalso pajėgos, bet silpnesnis nei kovalentiniai ryšiai arba joninės jungtys. Tai yra maždaug 1/20 (5%) kovalentinio ryšio, susiformavusio tarp O-H, stiprio. Tačiau net ši silpna jungtis yra pakankamai stipri, kad atlaikytų nedidelius temperatūros svyravimus.
Bet atomai jau surišti
Kaip vandenilį galima pritraukti prie kito atomo, kai jis jau yra sujungtas? Į a polinis ryšys, viena jungties pusė vis dar veikia nedidelį teigiamą krūvį, o kita - silpną neigiamą elektros krūvį. Ryšio formavimas ne neutralizuoja dalyvio atomų elektrinio pobūdžio.
Vandenilio jungčių pavyzdžiai
Vandenilio ryšiai randami nukleorūgštyse tarp bazinių porų ir tarp vandens molekulių. Šio tipo jungtis taip pat susiformuoja tarp skirtingų chloroformo molekulių vandenilio ir anglies atomų, tarp vandenilio ir azoto kaimyninių amoniako molekulių atomai, tarp besikartojančių subvienetų polimeriniame nailone ir tarp vandenilio ir deguonies acetilacetonas. Daugelis organinių molekulių yra sujungtos vandenilio ryšiais. Vandenilio jungtis:
- Padėkite susieti transkripcijos veiksnius su DNR
- Padeda antigeno ir antikūnų surišimui
- Organizuokite polipeptidus į antrines struktūras, tokias kaip alfa spiralė ir beta lakštas
- Laikykite kartu abi DNR grandines
- Susiriškite transkripcijos veiksnius vienas su kitu
Vandenilio klijavimas vandenyje
Nors vandenilio jungtys susiformuoja tarp vandenilio ir bet kurio kito elektroneigiamo atomo, jungtys vandenyje yra labiausiai paplitusios (ir kai kurios galėtų tvirtinti, kad svarbiausia). Tarp kaimyninių vandens molekulių susidaro vandenilio ryšiai, kai vieno atomo vandenilis patenka tarp savo ir kaimyno molekulės deguonies atomų. Taip atsitinka todėl, kad vandenilio atomą traukia tiek jo paties deguonis, tiek kiti deguonies atomai, kurie yra pakankamai arti. Deguonies branduolys turi 8 „pliuso“ krūvius, taigi, turėdamas vieną teigiamą krūvį, jis labiau traukia elektronus nei vandenilio branduolys. Taigi kaimyninės deguonies molekulės sugeba pritraukti vandenilio atomus iš kitų molekulių, sudarydamos vandenilio jungties formavimo pagrindą.
Bendras vandenilio jungčių, susidariusių tarp vandens molekulių, skaičius yra 4. Kiekviena vandens molekulė gali sudaryti 2 vandenilio ryšius tarp deguonies ir dviejų molekulės vandenilio atomų. Tarp kiekvieno vandenilio atomo ir šalia esančių deguonies atomų gali būti suformuotos papildomos dvi jungtys.
Vandenilio jungimosi pasekmė yra tai, kad vandenilio jungtys yra susiformavusios tetraedre aplink kiekvieną vandens molekulę, o tai lemia gerai žinomą snaigių kristalų struktūrą. Skystame vandenyje atstumas tarp gretimų molekulių yra didesnis, o molekulių energija yra pakankamai didelė, kad vandenilio ryšiai dažnai ištempiami ir nutrūksta. Tačiau net ir skysto vandens molekulės vidutiniškai išsiskiria iš keturkampės struktūros. Dėl vandenilio jungimosi skysto vandens struktūra sutvarkoma esant žemesnei temperatūrai, kur kas didesnė nei kitų skysčių. Vandenilio molekulių sulaikymas vandens molekules sulaiko maždaug 15% arčiau nei tuo atveju, jei jungčių nebūtų. Ryšiai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios vanduo turi įdomių ir neįprastų cheminių savybių.
- Vandenilinis ryšys sumažina kraštutinius temperatūros pokyčius šalia didelių vandens telkinių.
- Vandenilio ryšys leidžia gyvūnams atvėsti prakaitavimu, nes toks didelis šilumos kiekis reikalingas vandenilio ryšiams tarp vandens molekulių nutraukti.
- Vandenilio ryšys palaiko vandens skystą būseną didesniame temperatūrų diapazone nei bet kuri kita panašaus dydžio molekulė.
- Sujungimas suteikia vandeniui ypač didelę garų šilumą, o tai reiškia, kad norint pakeisti skystą vandenį į vandens garus, reikia nemažai šiluminės energijos.
Vandenilio jungtys sunkus vanduo yra dar stipresni už įprastą vandenį, pagamintą naudojant įprastą vandenilį (protium). Vis dar stipresnis yra vandenilio ryšys trintu vandenyje.