De fleste mennesker er tilpas med ideen om ioniske og kovalente bindinger, men alligevel er de ikke sikre på, hvad brintbindinger er, hvordan de dannes, og hvorfor de er vigtige.
Vigtige takeaways: Hydrogenobligationer
- En hydrogenbinding er en attraktion mellem to atomer, der allerede deltager i andre kemiske bindinger. Et af atomerne er hydrogen, mens det andet kan være et hvilket som helst elektronegativt atom, såsom ilt, chlor eller fluor.
- Hydrogenbindinger kan dannes mellem atomer i et molekyle eller mellem to separate molekyler.
- En hydrogenbinding er svagere end en ionbinding eller en kovalent binding, men stærkere end van der Waals-kræfter.
- Hydrogenbindinger spiller en vigtig rolle i biokemi og producerer mange af de unikke egenskaber ved vand.
Hydrogen Bond Definition
En hydrogenbinding er en type attraktiv (dipol-dipol) interaktion mellem et elektronegativ atom og a hydrogen atom bundet til et andet elektronegativt atom. Denne binding involverer altid et hydrogenatom. Hydrogenbindinger kan forekomme mellem molekyler eller inden for dele af et enkelt molekyle.
En hydrogenbinding har en tendens til at være stærkere end van der Waals styrker, men svagere end kovalente bindinger eller ioniske bindinger. Det er ca. 1/20 (5%) styrken af den kovalente binding dannet mellem O-H. Selv denne svage binding er imidlertid stærk nok til at modstå let temperaturudsving.
Men atomerne er allerede bundet
Hvordan kan brint tiltrækkes til et andet atom, når det allerede er bundet? I en polær binding, den ene side af bindingen udøver stadig en svag positiv ladning, mens den anden side har en svag negativ elektrisk ladning. Dannelse af en binding neutraliserer ikke de deltagende atommers elektriske karakter.
Eksempler på brintbinding
Hydrogenbindinger findes i nukleinsyrer mellem basepar og mellem vandmolekyler. Denne type binding dannes også mellem brint og carbonatomer i forskellige chloroformmolekyler, mellem brint og nitrogen atomer i nabolande ammoniakmolekyler, mellem gentagne underenheder i polymernylon og mellem brint og ilt i acetylacetone. Mange organiske molekyler er underlagt brintbindinger. Hydrogenbinding:
- Hjælp med at binde transkriptionsfaktorer til DNA
- Hjælp til antigen-antistofbinding
- Organiser polypeptider i sekundære strukturer, såsom alfa-helix og beta-ark
- Hold de to DNA-tråde sammen
- Bind transkriptionsfaktorer til hinanden
Hydrogenbinding i vand
Selvom der dannes brintbindinger mellem brint og ethvert andet elektronegativt atom, er bindingerne i vandet de mest allestedsnærværende (og nogle vil hævde, at de vigtigste). Hydrogenbindinger dannes mellem nabovandsmolekyler, når brintet i et atom kommer mellem iltatomerne i sit eget molekyle og dets nabo. Dette sker, fordi hydrogenatom tiltrækkes af både dets eget ilt og andre iltatomer, der kommer tæt nok. Oxygenkernen har 8 "plus" -ladninger, så den tiltrækker elektroner bedre end brintkernen med sin eneste positive ladning. Så, nabosygermolekyler er i stand til at tiltrække hydrogenatomer fra andre molekyler og danne grundlaget for dannelse af hydrogenbinding.
Det samlede antal brintbindinger dannet mellem vandmolekyler er 4. Hvert vandmolekyle kan danne 2 hydrogenbindinger mellem ilt og de to hydrogenatomer i molekylet. Yderligere to bindinger kan dannes mellem hvert hydrogenatom og nærliggende oxygenatomer.
En konsekvens af hydrogenbinding er, at hydrogenbindinger har en tendens til at anbringe i en tetrahedron omkring hvert vandmolekyle, hvilket fører til den velkendte krystalstruktur af snefnug. I flydende vand er afstanden mellem tilstødende molekyler større, og molekylenes energi er høj nok til, at brintbindinger ofte strækkes og brydes. Imidlertid gennemsnit flydende vandmolekyler gennemsnitligt til et tetraedralt arrangement. På grund af hydrogenbinding ordnes strukturen af flydende vand ved lavere temperatur, langt ud over andre væskers struktur. Hydrogenbinding holder vandmolekyler ca. 15% nærmere, end hvis bindingerne ikke var til stede. Bindingerne er den primære årsag til, at vand viser interessante og usædvanlige kemiske egenskaber.
- Hydrogenbinding reducerer ekstreme temperaturskift i nærheden af store vandmasser.
- Hydrogenbinding giver dyrene mulighed for at afkøle sig ved hjælp af sved, fordi en så stor mængde varme er nødvendig for at bryde brintbinding mellem vandmolekyler.
- Hydrogenbinding holder vand i sin flydende tilstand over et bredere temperaturområde end for noget andet molekyle i sammenlignelig størrelse.
- Bindingen giver vand en usædvanlig høj fordampningsvarme, hvilket betyder, at der er behov for betydelig termisk energi for at omdanne flydende vand til vanddamp.
Hydrogenbindinger inden for tungt vand er endnu stærkere end dem i almindeligt vand fremstillet ved hjælp af normalt brint (protium). Hydrogenbinding i tritiseret vand er stadig stærkere.