Definitie en voorbeelden van waterstofbruggen

De meeste mensen zijn vertrouwd met het idee van ionische en covalente bindingen, maar weten niet zeker wat waterstofbindingen zijn, hoe ze worden gevormd en waarom ze belangrijk zijn.

Belangrijkste afhaalrestaurants: waterstofbruggen

• Een waterstofbinding is een attractie tussen twee atomen die al deelnemen aan andere chemische bindingen. Een van de atomen is waterstof, terwijl de andere elk elektronegatief atoom kan zijn, zoals zuurstof, chloor of fluor.
• Waterstofbindingen kunnen zich vormen tussen atomen in een molecuul of tussen twee afzonderlijke moleculen.
• Een waterstofbinding is zwakker dan een ionische binding of een covalente binding, maar sterker dan van der Waals krachten.
• Waterstofbindingen spelen een belangrijke rol in de biochemie en produceren veel van de unieke eigenschappen van water.

Waterstofbinding Definitie

Een waterstofbinding is een soort aantrekkelijke (dipool-dipool) interactie tussen een elektronegatief atoom en een waterstofatoom gebonden aan een ander elektronegatief atoom. Bij deze binding is altijd een waterstofatoom betrokken. Waterstofbindingen kunnen voorkomen tussen moleculen of binnen delen van een enkel molecuul.

Een waterstofbinding is meestal sterker dan van der Waals-krachten, maar zwakker dan covalente of ionische bindingen. Het is ongeveer 1 / 20e (5%) de sterkte van de covalente binding gevormd tussen O-H. Zelfs deze zwakke binding is echter sterk genoeg om lichte temperatuurschommelingen te weerstaan.

Maar de atomen zijn al gebonden

Hoe kan waterstof worden aangetrokken door een ander atoom als het al is gebonden? In een polaire binding oefent één zijde van de binding nog steeds een lichte positieve lading uit, terwijl de andere zijde een lichte negatieve elektrische lading heeft. Het vormen van een binding neutraliseert niet de elektrische aard van de deelnemende atomen.

Voorbeelden van waterstofbruggen

Waterstofbindingen worden gevonden in nucleïnezuren tussen basenparen en tussen watermoleculen. Dit type binding vormt ook tussen waterstof en koolstofatomen van verschillende chloroformmoleculen, tussen waterstof- en stikstofatomen van naburige ammoniakmoleculen, tussen zich herhalende subeenheden in het polymeer nylon, en tussen waterstof en zuurstof in acetylaceton. Veel organische moleculen zijn onderworpen aan waterstofbruggen. Waterstofbinding:

• Help transcriptiefactoren aan DNA te binden
• Steun antigeen-antilichaambinding
• Organiseer polypeptiden in secundaire structuren, zoals alfa-helix en bètablad
• Houd de twee DNA-strengen bij elkaar
• Bind transcriptiefactoren aan elkaar

Waterstofbinding in water

Hoewel waterstofbindingen worden gevormd tussen waterstof en een ander elektronegatief atoom, zijn de bindingen in water de meest alomtegenwoordige (en sommigen beweren de belangrijkste). Waterstofbindingen vormen zich tussen naburige watermoleculen wanneer de waterstof van een atoom tussen de zuurstofatomen van zijn eigen molecuul en die van zijn buur komt. Dit gebeurt omdat het waterstofatoom wordt aangetrokken door zowel zijn eigen zuurstof als andere zuurstofatomen die dichtbij genoeg komen. De zuurstofkern heeft 8 "plus" ladingen, dus trekt het elektronen beter aan dan de waterstofkern, met zijn enkele positieve lading. Buurstofzuurstofmoleculen zijn dus in staat waterstofatomen van andere moleculen aan te trekken en vormen de basis voor de vorming van waterstofbruggen.

Het totale aantal waterstofbindingen gevormd tussen watermoleculen is 4. Elk watermolecuul kan 2 waterstofbindingen vormen tussen zuurstof en de twee waterstofatomen in het molecuul. Twee extra bindingen kunnen worden gevormd tussen elk waterstofatoom en nabijgelegen zuurstofatomen.

Een gevolg van waterstofbruggen is dat waterstofbruggen de neiging hebben zich in een tetraëder rond elk watermolecuul te rangschikken, wat leidt tot de bekende kristalstructuur van sneeuwvlokken. In vloeibaar water is de afstand tussen aangrenzende moleculen groter en is de energie van de moleculen hoog genoeg zodat waterstofbruggen vaak worden uitgerekt en verbroken. Zelfs vloeibare watermoleculen worden gemiddeld tot een tetraëdrische opstelling. Vanwege de waterstofbinding wordt de structuur van vloeibaar water bij een lagere temperatuur geordend, ver boven die van andere vloeistoffen. Waterstofbinding houdt watermoleculen ongeveer 15% dichterbij dan wanneer de bindingen niet aanwezig waren. De bindingen zijn de belangrijkste reden waarom water interessante en ongebruikelijke chemische eigenschappen vertoont.

• Waterstofbinding vermindert extreme temperatuurverschuivingen in de buurt van grote waterlichamen.
• Waterstofbinding stelt dieren in staat om zichzelf te koelen met behulp van transpiratie, omdat zo'n grote hoeveelheid warmte nodig is om waterstofbruggen tussen watermoleculen te verbreken.
• Waterstofbinding houdt water vloeibaar in een groter temperatuurbereik dan voor andere moleculen van vergelijkbare grootte.
• De binding geeft water een uitzonderlijk hoge verdampingswarmte, wat betekent dat aanzienlijke thermische energie nodig is om vloeibaar water in waterdamp te veranderen.

Waterstofbindingen in zwaar water zijn zelfs sterker dan die in gewoon water gemaakt met normaal waterstof (protium). Waterstofbinding in getritieerd water is nog sterker.