Wat is een waterstofbrug? Typen, invloed

Wat is een waterstofbrug? Een bekend voorbeeld van deze verbinding is gewoon water (H2O). Vanwege het feit dat het zuurstofatoom (O) meer elektronegatief is dan twee waterstofatomen (H), lijkt het bindende elektronen los te maken van waterstofatomen. Als resultaat van het creëren van een dergelijke covalente polaire binding, wordt een dipool gevormd. Het zuurstofatoom krijgt een negatief negatieve lading en de waterstofatomen - een kleine positieve lading, die wordt aangetrokken door de elektronen (hun niet-gedeelde paar) op het zuurstofatoom van het aangrenzende H2O-molecuul (dat wil zeggen water). Er kan dus worden gezegd dat de waterstofbrug de vormgevende aantrekkingskracht is tussen het waterstofatoom en het elektronegatieve atoom. Een belangrijk kenmerk van het waterstofatoom is dat wanneer de bindende elektronen aantrekken, de kern (dat wil zeggen het proton, andere niet-afgeschermde elektronen) wordt blootgesteld. En hoewel de waterstofbrug zwakker is dan de covalente binding, veroorzaakt deze een aantal abnormale eigenschappen van H2O (water).

Meestal wordt deze binding gevormd met de deelname van atomende volgende elementen: zuurstof (O), stikstof (N) en fluor (F). Dit komt door het feit dat de atomen van deze elementen kleine afmetingen hebben en worden gekenmerkt door een hoge elektronegativiteit. Met grotere atomen (zwavel S of chloor Cl) is de resulterende waterstofbinding zwakker, ondanks het feit dat deze in termen van hun elektronegativiteit vergelijkbaar zijn met N (d.w.z. stikstof).

Er zijn twee soorten waterstofbruggen:

1. Waterstof-intermoleculaire binding - verschijnt tussen twee moleculen, bijvoorbeeld: methanol, ammoniak, waterstoffluoride.
2. Intramoleculaire waterstofbinding - verschijnt in een molecuul, bijvoorbeeld: 2-nitrofenol.

Ook is er momenteel een mening dat de waterstofchemische binding zwak en sterk is. Ze verschillen van elkaar in energie en in de lengte van de binding (de afstand tussen de atomen):

1. Waterstofbindingen zijn zwak. De energie is 10-30 kJ / mol, de lengte van de binding is 30. Alle bovengenoemde stoffen zijn voorbeelden van een normale of zwakke waterstofbrug.
2. Waterstofbindingen zijn sterk. De energie is 400 kJ / mol, de lengte is 23-24. De experimenteel verkregen gegevens wijzen erop dat sterke bindingen worden gevormd in de volgende ionen: ion-waterstofdifluoride [FHF] -, ion-gehydrateerd hydroxide [HO-H-OH] -, oxoniumion gehydrateerd [H2O-H-OH2] + , evenals in verschillende andere organische en anorganische verbindingen.

Invloed van waterstof-intermoleculaire bindingen

Anomale kookpunten ensmelten, enthalpie van verdamping en oppervlaktespanning van sommige verbindingen kan worden verklaard door de aanwezigheid van waterstofbruggen. Water heeft abnormale waarden voor al deze eigenschappen en waterstoffluoride en ammoniak hebben kook- en smeltpunten. Water en waterstoffluoride in de vaste en vloeibare toestand worden als gepolymeriseerd beschouwd vanwege de aanwezigheid van waterstof-intermoleculaire bindingen daarin. Deze relatie verklaart niet alleen het te hoge smeltpunt van deze stoffen, maar ook hun lage dichtheid. En tijdens het smelten wordt de waterstofbrug gedeeltelijk vernietigd, waardoor de watermoleculen (H2O) dichter worden gepakt.

Dimerisatie van sommige stoffen (carboxylzuren, bijvoorbeeld benzoëzuur en azijnzuur) kunnen ook worden verklaard door de aanwezigheid van een waterstofbrug in hen. Het dimeer is twee moleculen die aan elkaar zijn gekoppeld. Om deze reden is het kookpunt van carbonzuren hoger dan dat van verbindingen met ongeveer hetzelfde molecuulgewicht. Bijvoorbeeld, in azijnzuur (CH3COOH) is het kookpunt 391 K, terwijl in aceton (CH3COCH3) het 329 K is.

Invloed van intramoleculaire waterstofbindingen

Deze relatie heeft ook invloed op de structuur en eigenschappenverschillende verbindingen, zoals: 2- en 4-nitrofenol. Maar het bekendste en belangrijkste voorbeeld van een waterstofbrug is deoxyribonucleïnezuur (ingekort: DNA). De moleculen van dit zuur zijn gevouwen in de vorm van een dubbele helix, waarvan twee strengen met elkaar zijn verbonden door een waterstofbrug.