VAZBA VODÍKOVÝM MŮSTKEM: HLAVNÍ RYSY - CHEMIE - 2025

Odkaz vodíkové vazby je elektrostatická přitažlivost mezi dvěma polárními skupinami, které nastane, když atom vodíku (H), vázaný na vysoce elektronegativní atom přitažlivost působí na elektrostatickém poli electronegatively nabitý atom blízkosti.

Ve fyzice a chemii existují síly, které vytvářejí interakci mezi dvěma nebo více molekulami, včetně sil přitahování nebo odpuzování, které mohou působit mezi těmito a dalšími blízkými částicemi (jako jsou atomy a ionty). Tyto síly se nazývají intermolekulární síly.

Dvě molekuly se samy sestaví do dimerního komplexu pomocí čtyř vodíkových vazeb.

Mezimolární síly jsou ve své podstatě slabší než ty, které váží části molekuly zevnitř ven (intramolekulární síly).

Mezi atraktivní intermolekulární síly existují čtyři typy: ion-dipólové síly, dipól-dipólové síly, van der Waalsovy síly a vodíkové vazby.

Vlastnosti vodíkové vazby

Vodíková vazba je mezi atomem „donoru“ (elektronegativní atom, který má vodík) a „receptorem“ (elektronegativní bez vodíku).

Obvykle vytváří energii mezi 1 až 40 Kcal / mol, což tuto přitažlivost značně zesiluje, než k níž došlo při van der Waalsově interakci, ale slabší než kovalentní a iontové vazby.

Obvykle se vyskytuje mezi molekulami s atomy, jako je dusík (N), kyslík (O) nebo fluor (F), ačkoli to je také pozorováno s atomy uhlíku (C), když jsou připojeny k vysoce elektronegativním atomům, jako v případě chloroformu (CHCI ₃).

Proč k unii dochází?

K této vazbě dochází, protože tím, že je připojen k vysoce elektronegativnímu atomu, vodík (malý atom s typicky neutrálním nábojem) získá částečně pozitivní náboj, což způsobí, že začne přitahovat další elektronegativní atomy směrem k sobě.

Odtud vzniká vazba, která, i když ji nelze klasifikovat jako zcela kovalentní, váže vodík a jeho elektronegativní atom k tomuto jinému atomu.

První důkazy o existenci těchto vazeb byly pozorovány studií, která měřila body varu. Bylo zjištěno, že ne všechny se zvýšily podle molekulové hmotnosti, jak se očekávalo, ale existovaly určité sloučeniny, které vyžadovaly vyšší teplotu varu, než se předpokládalo.

Odtud začala být pozorována existence vodíkových vazeb v elektronegativních molekulách.

Délka odkazu

Nejdůležitější charakteristikou pro měření vodíkové vazby je její délka (čím delší je, tím méně silná), která se měří v angstromu (A).

Tato délka zase závisí na síle spoje, teplotě a tlaku. Následující text popisuje, jak tyto faktory ovlivňují sílu vodíkové vazby.

Spojovací síla

Síla spojení sama o sobě závisí na tlaku, teplotě, úhlu spojení a prostředí (které se vyznačuje lokální dielektrickou konstantou).

Například pro molekuly s lineární geometrií je vazba slabší, protože vodík je dále od jednoho atomu dále než od druhého, ale v užších úhlech tato síla roste.

Teplota

Bylo studováno, že vodíkové vazby jsou náchylné k tvorbě při nižších teplotách, protože pokles hustoty a zvýšení molekulárního pohybu při vyšších teplotách způsobuje potíže při tvorbě vodíkových vazeb.

Vazby mohou být přerušeny dočasně a / nebo trvale se zvyšující se teplotou, ale je důležité si uvědomit, že vazby také způsobují, že sloučeniny mají větší odolnost vůči varu, jako je tomu u vody.

Tlak

Čím vyšší je tlak, tím větší je síla vodíkové vazby. To se děje proto, že při vyšších tlacích se atomy molekuly (jako například v ledu) zhutní více, což pomůže snížit vzdálenost mezi složkami vazby.

Ve skutečnosti je tato hodnota téměř lineární při studování ledu na grafu, kde je oceněna délka vazby zjištěná tlakem.

Vodíkové můstkové vazby ve vodě

Molekula vody vázaná na vodík.

Molekula vody (H ₂ O) je považován za ideální případ vodíkové vazby: každá molekula může tvořit čtyři potenciální vodíkové vazby s molekulami vody v okolí.

V každé molekule je dokonalé množství pozitivně nabitých vodíků a nevázaných párů elektronů, což umožňuje všem z nich zapojit se do vodíkové vazby.

To je důvod, proč voda má vyšší teplotu varu než jiné molekuly, jako je amoniak (NH ₃) a fluorovodíku (HF).

V prvním případě má atom dusíku pouze jeden volný pár elektronů, což znamená, že ve skupině molekul amoniaku není dostatek volných párů, které by uspokojily potřeby všech vodíků.

Říká se, že pro každou molekulu amoniaku se vytvoří jediná vodíková vazba a že ostatní atomy H jsou „zbytečné“.

V případě fluoridu existuje spíše nedostatek vodíku a páry elektronů jsou „zbytečné“. Opět platí, že ve vodě je správné množství vodíku a elektronů, takže se tento systém dokonale váže.

Vazba vodíku v DNA a dalších molekulách

V proteinech a DNA lze také pozorovat vodíkové vazby: v případě DNA je tvar dvojité spirály způsoben vodíkovými vazbami mezi jeho páry bází (stavební bloky, které tvoří spirálu), což umožňuje tyto molekuly se replikují a život, jak víme, existuje.

V případě proteinů tvoří vodíky vazby mezi kyslíky a amidovými vodíky; V závislosti na poloze, kde se vyskytuje, se vytvoří různé výsledné proteinové struktury.

Vodíkové vazby jsou také přítomny v přírodních a syntetických polymerech a v organických molekulách, které obsahují dusík, a další molekuly s tímto typem vazby jsou stále studovány ve světě chemie.

Reference

1. Vodíková vazba. (sf). Wikipedia. Citováno z en.wikipedia.org
2. Desiraju, GR (2005). Indian Institute of Science, Bangalore. Citováno z ipc.iisc.ernet.in
3. Mishchuk, NA a Goncharuk, VV (2017). K povaze fyzikálních vlastností vody. Khimiya i Tekhnologiya Vody.
4. Chemistry, WI (sf). Co je chemie. Citováno z whatischemistry.unina.it
5. Chemguide. (sf). ChemGuide. Citováno z chemguide.co.uk