تعريف وأمثلة رابطة الهيدروجين

معظم الناس مرتاحون لفكرة الروابط الأيونية والتساهمية ، ولكنهم غير متأكدين من الروابط الهيدروجينية ، وكيف تتشكل ، وسبب أهميتها.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: روابط الهيدروجين

الرابطة الهيدروجينية هي نوع من التفاعل الجذاب (ثنائي القطب ثنائي القطب) بين الكهربي ذرة و هيدروجين ذرة المستعبدين لذرة كهربية أخرى. تتضمن هذه الرابطة دائمًا ذرة هيدروجين. روابط الهيدروجين يمكن أن تحدث بين جزيئات أو داخل أجزاء من جزيء واحد.

تميل رابطة الهيدروجين إلى أن تكون أقوى من قوات فان دير والزولكن أضعف من سندات تساهمية أو الرابطة الأيونية. حوالي 1/20 (5 ٪) قوة الرابطة التساهمية التي تشكلت بين O-H. ومع ذلك ، حتى هذه الرابطة الضعيفة قوية بما يكفي لتحمل التقلبات الطفيفة في درجة الحرارة.

كيف يمكن جذب الهيدروجين إلى ذرة أخرى عندما يكون مرتبطًا بالفعل؟ في الرابطة القطبية، لا يزال جانب واحد من الرابطة يمارس شحنة موجبة طفيفة ، بينما يمتلك الجانب الآخر شحنة كهربائية سلبية طفيفة. تكوين رابطة لا يحيد الطبيعة الكهربائية لذرات المشارك.

تم العثور على روابط الهيدروجين في الأحماض النووية بين أزواج القاعدة وبين جزيئات الماء. يتكون هذا النوع من الروابط أيضًا بين ذرات الهيدروجين والكربون لجزيئات الكلوروفورم المختلفة ، بين الهيدروجين والنيتروجين ذرات جزيئات الأمونيا المجاورة ، بين الوحدات الفرعية المتكررة في نايلون البوليمر ، وبين الهيدروجين والأكسجين في أسيتيل أسيتون. تخضع العديد من الجزيئات العضوية لروابط الهيدروجين. رابطة الهيدروجين:

• يساعد في ربط عوامل النسخ بالحمض النووي
• مساعدة ملزمة الأجسام المضادة للمستضد
• تنظيم البولي ببتيدات في الهياكل الثانوية ، مثل حلزون ألفا وورقة بيتا
• امسك خيطي DNA معا
• ربط عوامل النسخ مع بعضها البعض

على الرغم من أن الروابط الهيدروجينية تتكون بين الهيدروجين وأي ذرة كهرسلبية أخرى ، فإن الروابط الموجودة في الماء هي الأكثر انتشارًا (والبعض قد يجادل ، الأكثر أهمية). تتكون روابط الهيدروجين بين جزيئات الماء المجاورة عندما يأتي هيدروجين ذرة واحدة بين ذرات الأكسجين في جزيئها وجزيء جارتها. يحدث هذا لأن ذرة الهيدروجين تنجذب إلى كل من ذرات الأكسجين الخاصة بها وذرات الأكسجين الأخرى التي تقترب بدرجة كافية. تحتوي نواة الأكسجين على شحنة "8" زائد ، لذا فهي تجذب الإلكترونات بشكل أفضل من نواة الهيدروجين ، بشحنة موجبة واحدة. لذا ، جزيئات الأكسجين المجاورة قادرة على جذب ذرات الهيدروجين من جزيئات أخرى ، وتشكل أساس تكوين رابطة الهيدروجين.

العدد الإجمالي لروابط الهيدروجين المتكونة بين جزيئات الماء هو 4. يمكن لكل جزيء ماء أن يشكل رابطين هيدروجين بين الأكسجين وذرتين هيدروجين في الجزيء. يمكن تكوين رابطين إضافيين بين كل ذرة هيدروجين وذرات الأكسجين القريبة.

من نتائج الروابط الهيدروجينية أن الروابط الهيدروجينية تميل إلى الترتيب في رباعي الأسطح حول كل جزيء ماء ، مما يؤدي إلى التركيب البلوري المعروف لرقائق الثلج. في الماء السائل ، تكون المسافة بين الجزيئات المجاورة أكبر وطاقة الجزيئات عالية بما يكفي بحيث يتم تمديد روابط الهيدروجين وكسرها. ومع ذلك ، فإن متوسط ​​جزيئات الماء السائل يصل إلى ترتيب رباعي السطوح. بسبب الترابط الهيدروجيني ، تصبح بنية الماء السائل مرتبة عند درجة حرارة منخفضة ، أبعد بكثير من السوائل الأخرى. تربط الرابطة الهيدروجينية جزيئات الماء أقرب بنحو 15٪ مما لو كانت الروابط غير موجودة. الروابط هي السبب الرئيسي الذي يجعل الماء يعرض خصائص كيميائية مثيرة للاهتمام وغير عادية.

• تقلل الرابطة الهيدروجينية من تغيرات درجة الحرارة القصوى بالقرب من المسطحات المائية الكبيرة.
• تسمح الرابطة الهيدروجينية للحيوانات بأن تبرد نفسها باستخدام العرق لأن مثل هذه الكمية الكبيرة من الحرارة ضرورية لكسر روابط الهيدروجين بين جزيئات الماء.
• تحافظ الرابطة الهيدروجينية على الماء في حالته السائلة على نطاق درجة حرارة أوسع من أي جزيء آخر قابل للمقارنة.
• يعطي الترابط الماء حرارة عالية بشكل استثنائي من التبخر ، مما يعني أن هناك حاجة إلى طاقة حرارية كبيرة لتغيير الماء السائل إلى بخار الماء.

روابط الهيدروجين داخل الماء الثقيل أقوى من تلك الموجودة في الماء العادي المصنوع باستخدام الهيدروجين العادي (البروتيوم). الترابط الهيدروجيني في الماء المثلث لا يزال أقوى.