Vad orsakar vätebindning?

Vätebindning sker mellan en väteatom och en elektronegativ atom (t.ex. syre, fluor, klor). Bindningen är svagare än en jonbindning eller en kovalent bindning, men starkare än van der Waals-krafter (5 till 30 kJ / mol). En vätebindning klassificeras som en typ av svag kemisk bindning.

Varför vätebindningar bildas

Anledningen till att vätebindning inträffar beror på att elektronen inte delas jämnt mellan en väteatom och en negativt laddad atom. Väte i en bindning har fortfarande bara en elektron, medan det tar två elektroner för ett stabilt elektronpar. Resultatet är att väteatomen har en svag positiv laddning, så att den förblir lockad av atomer som fortfarande har en negativ laddning. Av denna anledning förekommer inte vätebindning i molekyler med icke-polära kovalenta bindningar. Varje förening med polära kovalenta bindningar har potential att bilda vätebindningar.

Exempel på vätebindningar

Vätebindningar kan bildas i en molekyl eller mellan atomer i olika molekyler. Även om en organisk molekyl inte krävs för vätebindning är fenomenet extremt viktigt i biologiska system. Exempel på vätebindning inkluderar:

• mellan två vattenmolekyler
• håller två strängar av DNA tillsammans för att bilda en dubbel spiral
• förstärkning av polymerer (t.ex. upprepande enhet som hjälper till att kristallisera nylon)
• bilda sekundära strukturer i proteiner, såsom alfa-helix och beta-veckat ark
• mellan fibrer i tyg, vilket kan resultera i rynkbildning
• mellan ett antigen och en antikropp
• mellan ett enzym och ett substrat
• bindning av transkriptionsfaktorer till DNA

Vätebindning och vatten

Vätebindningar står för några viktiga egenskaper hos vatten. Även om en vätebindning bara är 5% så stark som en kovalent bindning räcker det för att stabilisera vattenmolekyler.

• Vätebindning får vatten att förbli flytande över ett brett temperaturområde.
• Eftersom det tar extra energi för att bryta vätebindningar har vatten en ovanligt hög förångningsvärme. Vatten har en mycket högre kokpunkt än andra hydrider.

Det finns många viktiga konsekvenser av effekterna av vätebindning mellan vattenmolekyler:

• Vätebindning gör isen mindre tät än flytande vatten, så is flyter på vatten.
• Effekten av vätebindning på förångningsvärmen hjälper till att göra svett till ett effektivt sätt att sänka temperaturen för djur.
• Effekten på värmekapaciteten innebär att vatten skyddar mot extrema temperaturförändringar nära stora vatten eller fuktiga miljöer. Vatten hjälper till att reglera temperaturen i global skala.

Styrka av vätebindningar

Vätebindning är mest signifikant mellan väte och mycket elektronegativa atomer. Längden på den kemiska bindningen beror på dess styrka, tryck och temperatur. Bindningsvinkeln beror på den specifika kemiska art som är involverad i bindningen. Styrken hos vätebindningar varierar från mycket svag (1-2 kJ mol − 1) till mycket stark (161,5 kJ mol − 1). Några exempel på entalpier i ånga är:

F − H ...: F (161,5 kJ / mol eller 38,6 kcal / mol)
O − H ...: N (29 kJ / mol eller 6,9 kcal / mol)
O − H…: O (21 kJ / mol eller 5,0 kcal / mol)
N − H ...: N (13 kJ / mol eller 3,1 kcal / mol)
N − H ...: O (8 kJ / mol eller 1,9 kcal / mol)
HO − H…: OH₃⁺ (18 kJ / mol eller 4,3 kcal / mol)

_referenser

_{Larson, J. W .; McMahon, T. B. (1984). "Gasfas-bihalid- och pseudobihalidjoner. En joncyklotronresonansbestämning av vätebindningsenergier i XHY-arter (X, Y = F, Cl, Br, CN)". Oorganisk kemi 23 (14): 2029-2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Mycket starka vätebindningar". Chemical Society Reviews 9 (1): 91-124.
Omer Markovitch och Noam Agmon (2007). "Struktur och energikraft i hydroniumhydratiseringsskal". J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253-2256.}