WASSERSTOFFBRÜCKENBINDUNG: HAUPTMERKMALE - CHEMIE - 2024

Die Verbindungswasserstoffbindung ist eine elektrostatische Anziehung zwischen zwei polaren Gruppen, die auftritt, wenn ein Wasserstoffatom (H) an eine hochelektronegative Atomanziehung gebunden ist, die auf das elektrostatische Feld eines elektronegativ geladenen Atoms eines anderen in der Nähe ausgeübt wird.

In der Physik und Chemie gibt es Kräfte, die eine Wechselwirkung zwischen zwei oder mehr Molekülen erzeugen, einschließlich Anziehungs- oder Abstoßungskräften, die zwischen diesen und anderen nahe gelegenen Teilchen (wie Atomen und Ionen) wirken können. Diese Kräfte werden als intermolekulare Kräfte bezeichnet.

Zwei Moleküle organisieren sich über vier Wasserstoffbrückenbindungen zu einem Dimerkomplex.

Intermolare Kräfte sind von Natur aus schwächer als diejenigen, die die Teile eines Moleküls von innen nach außen binden (die intramolekularen Kräfte).

Unter den attraktiven intermolekularen Kräften gibt es vier Typen: Ionen-Dipol-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken.

Eigenschaften der Wasserstoffbindung

Die Wasserstoffbindung besteht zwischen einem "Donor" -Atom (dem elektronegativen mit Wasserstoff) und einem "Rezeptor" (dem elektronegativen ohne Wasserstoff).

Es erzeugt normalerweise eine Energie zwischen 1 und 40 Kcal / mol, wodurch diese Anziehungskraft erheblich stärker ist als bei der Van-der-Waals-Wechselwirkung, jedoch schwächer als die kovalenten und ionischen Bindungen.

Es tritt normalerweise zwischen Molekülen mit Atomen wie Stickstoff (N), Sauerstoff (O) oder Fluor (F) auf, obwohl es auch bei Kohlenstoffatomen (C) beobachtet wird, wenn sie an hoch elektronegative Atome gebunden sind, wie im Fall von Chloroform ( CHCl ₃ ).

Warum findet die Gewerkschaft statt?

Diese Bindung tritt auf, weil Wasserstoff (ein kleines Atom mit einer typischerweise neutralen Ladung) durch die Bindung an ein hochelektronegatives Atom eine teilweise positive Ladung erhält, wodurch er beginnt, andere elektronegative Atome an sich zu ziehen.

Hieraus entsteht eine Bindung, die, obwohl sie nicht als vollständig kovalent klassifiziert werden kann, Wasserstoff und sein elektronegatives Atom an dieses andere Atom bindet.

Die ersten Hinweise auf die Existenz dieser Bindungen wurden durch eine Studie beobachtet, in der die Siedepunkte gemessen wurden. Es wurde festgestellt, dass nicht alle wie erwartet durch das Molekulargewicht zunahmen, aber es gab bestimmte Verbindungen, die eine höhere Temperatur zum Kochen erforderten als vorhergesagt.

Von hier aus wurde die Existenz von Wasserstoffbrücken in elektronegativen Molekülen beobachtet.

Verbindungslänge

Das wichtigste Merkmal für die Messung einer Wasserstoffbrücke ist ihre Länge (je länger sie ist, desto weniger stark), die in Angström (Å) gemessen wird.

Diese Länge hängt wiederum von der Klebkraft, Temperatur und dem Druck ab. Im Folgenden wird beschrieben, wie diese Faktoren die Stärke einer Wasserstoffbindung beeinflussen.

Haftfestigkeit

Die Bindungsstärke selbst hängt vom Druck, der Temperatur, dem Bindungswinkel und der Umgebung ab (die durch eine lokale Dielektrizitätskonstante gekennzeichnet ist).

Beispielsweise ist bei Molekülen mit linearer Geometrie die Bindung schwächer, weil Wasserstoff weiter von einem Atom entfernt ist als von einem anderen, aber in engeren Winkeln wächst diese Kraft.

Temperatur

Es wurde untersucht, dass Wasserstoffbrückenbindungen bei niedrigeren Temperaturen zur Bildung neigen, da die Abnahme der Dichte und die Zunahme der molekularen Bewegung bei höheren Temperaturen Schwierigkeiten bei der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen verursachen.

Die Bindungen können mit zunehmender Temperatur vorübergehend und / oder dauerhaft aufgebrochen werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Verbindungen auch dazu führen, dass die Verbindungen eine höhere Siedebeständigkeit aufweisen, wie dies bei Wasser der Fall ist.

Druck

Je höher der Druck ist, desto stärker ist die Wasserstoffbindung. Dies geschieht, weil sich bei höheren Drücken die Atome des Moleküls (wie zum Beispiel im Eis) stärker verdichten und dies dazu beiträgt, den Abstand zwischen den Komponenten der Bindung zu verringern.

Tatsächlich ist dieser Wert nahezu linear, wenn auf Eis in einem Diagramm untersucht wird, in dem die mit dem Druck gefundene Bindungslänge geschätzt wird.

Wasserstoffbrückenbindung in Wasser

Wasserstoffgebundenes Wassermolekül.

Das Wassermolekül (H ₂ O) wird als perfekter Fall von Wasserstoffbrücken angesehen: Jedes Molekül kann vier mögliche Wasserstoffbrücken mit nahe gelegenen Wassermolekülen bilden.

In jedem Molekül gibt es die perfekte Menge an positiv geladenen Wasserstoffatomen und nicht gebundenen Elektronenpaaren, so dass alle Wasserstoffbrückenbindungen eingehen können.

Deshalb hat Wasser einen höheren Siedepunkt als andere Moleküle wie Ammoniak (NH ₃ ) und Fluorwasserstoff (HF).

Im ersten Fall hat das Stickstoffatom nur ein freies Elektronenpaar, und dies bedeutet, dass es in einer Gruppe von Ammoniakmolekülen nicht genügend freie Paare gibt, um die Bedürfnisse aller Wasserstoffatome zu befriedigen.

Es wird gesagt, dass für jedes Ammoniakmolekül eine einzelne Wasserstoffbindung gebildet wird und dass die anderen H-Atome "verschwendet" werden.

Im Falle von Fluorid besteht eher ein Wasserstoffdefizit und Elektronenpaare werden "verschwendet". Auch hier gibt es die richtige Menge an Wasserstoff- und Elektronenpaaren in Wasser, sodass dieses System perfekt bindet.

Wasserstoffbrückenbindung in DNA und anderen Molekülen

In Proteinen und DNA kann auch eine Wasserstoffbindung beobachtet werden: Im Fall von DNA ist die Doppelhelixform auf die Wasserstoffbindungen zwischen ihren Basenpaaren (den Bausteinen, aus denen die Helix besteht) zurückzuführen, die dies ermöglichen Diese Moleküle werden repliziert und das Leben, wie wir es kennen, existiert.

Im Fall von Proteinen bilden Wasserstoffatome Bindungen zwischen Sauerstoff- und Amidwasserstoffen; Abhängig von der Position, an der es auftritt, werden unterschiedliche resultierende Proteinstrukturen gebildet.

Wasserstoffbrückenbindungen sind auch in natürlichen und synthetischen Polymeren sowie in organischen Molekülen vorhanden, die Stickstoff enthalten, und andere Moleküle mit dieser Art von Bindung werden in der Welt der Chemie noch untersucht.

Verweise

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