Линк от водороден мост: характеристики, връзка във вода и в ДНК

Свързването с водороден мост е електростатично привличане между две полярни групи, което се случва, когато водороден атом (Н), прикрепен към силно електроотрицателен атом, предизвиква привличане на електростатичното поле на друг електронегативно натоварен близък атом.

Във физиката и химията има сили, които генерират взаимодействие между две или повече молекули, включително сили на привличане или отблъскване, които могат да действат между тези и други близки частици (като атоми и йони). Тези сили се наричат ​​междумолекулни сили.

Интермоларните сили са по-слаби в природата от тези, които се присъединяват към частите на молекулата отвътре навън (интрамолекулните сили).

Съществуват четири вида привлекателни междумолекулни сили: йонно-диполни сили, дипол-диполни сили, ван дер Ваалсови сили и водородни връзки.

Характеристики на връзката водородно мост

Връзката чрез водородния мост е между "донорен" атом (електронегативния, който има водород) и "рецептор" (електронегативният без водород).

Той обикновено генерира енергия от 1 до 40 Kcal / mol, което прави това привличане значително по-силно от това, което се е случило във ван дер Ваалсовото взаимодействие, но е по-слабо от ковалентните и йонните връзки.

Обикновено се среща между молекули с атоми като азот (N), кислород (О) или флуор (F), въпреки че също се наблюдава с въглеродни атоми (С), когато те са свързани с силно електронегативни атоми, както в случая с хлороформ ( СНС13).

Защо се случва съюзът?

Този съюз възниква, защото, прикрепен към силно електроотрицателен атом, водородът (малък атом с типично неутрален заряд) придобива частично положителен заряд, което го кара да привлича към себе си други електроотрицателни атоми.

От това възниква съюз, който, въпреки че не може да бъде класифициран като напълно ковалентен, свързва водород и неговия електроотрицателен атом с този друг атом.

Първите доказателства за съществуването на тези връзки са наблюдавани от изследване, което измерва точките на кипене. Беше отбелязано, че не всички от тях се увеличават според молекулното тегло, както се очаква, но че има някои съединения, които изискват по-висока температура да кипне, отколкото се предвижда.

Оттук започнахме да наблюдаваме наличието на водородни връзки в електроотрицателни молекули.

Дължина на връзката

Най-важната характеристика за измерване във водородна връзка е нейната дължина (по-дълга, по-малко силна), която се измерва в ангстрем (Å).

От своя страна тази дължина зависи от силата на свързване, температурата и налягането. Следното описва как тези фактори влияят на силата на водородната връзка.

Сила на връзката

Силата на свързване зависи от налягането, температурата, ъгъла на свързване и околната среда (която се характеризира с локална диелектрична константа).

Например, за молекулите с линейна геометрия съюзът е по-слаб, защото водородът е по-далеч от един атом, отколкото от друг, но при по-затворени ъгли тази сила нараства.

температура

Изследвано е, че водородните връзки са склонни да се образуват при по-ниски температури, тъй като намаляването на плътността и увеличаването на молекулярното движение при по-високи температури създава трудности при образуването на водородни връзки.

Връзките могат да бъдат прекъснати временно и / или постоянно с повишаването на температурата, но е важно да се отбележи, че връзките също правят съединенията по-голяма устойчивост на кипене, какъвто е случаят с водата.

налягане

Колкото по-високо е налягането, толкова по-голяма е якостта на водородната връзка. Това се случва, защото при по-високи налягания атомите на молекулата (като например в леда) ще бъдат по-компактни и това ще помогне разстоянието между компонентите на връзката да бъде по-малко.

В действителност, тази стойност е почти линейна, когато се изследва за лед в графика, където се оценява дължината на връзката, намерена с налягането.

Връзка с водороден мост във водата

Водната молекула (H ₂ O) се счита за идеален случай на водородно свързване: всяка молекула може да образува четири потенциални водородни връзки с близките водни молекули.

Във всяка молекула има перфектно количество положително заредени водороди и несвързани електронни двойки, което позволява на всички да участват във формирането на водородни връзки.

Ето защо водата има по-висока точка на кипене от други молекули, като например амоняк (NH3) и водороден флуорид (HF).

В случая на първия азотен атом има само двойка свободни електрони, а това означава, че в група от молекули амоняк няма достатъчно свободни двойки, за да задоволят нуждите на всички водороди.

Казва се, че за всяка молекула от амоняк единична връзка се образува от водороден мост и че другите Н атоми са "изгубени".

В случая на флуорид, има по-скоро дефицит на водороди и "двойки" на електрони са "загубени". Отново, има достатъчно количество водороди и електронни двойки във вода, така че тази система се свързва перфектно.

Връзка с водороден мост в ДНК и други молекули

В протеините и ДНК водородните връзки също могат да бъдат наблюдавани: в случая на ДНК, двойната спирална форма се дължи на водородните връзки между неговите базови двойки (блоковете, които образуват спиралата), което позволява тези молекули се копират и има живот, какъвто го познаваме.

В случай на протеини, водородите образуват връзки между кислородите и амидните водороди; в зависимост от мястото, където се случва, ще се образуват различни произтичащи протеинови структури.

Водородните връзки също присъстват в естествените и синтетичните полимери и в органичните молекули, които съдържат азот, а други молекули с този вид съюз все още се изучават в света на химията.