Cíle výuky

  • Definice vodíkové vazby.
  • Popsat molekulové struktury, které se budou podílet na vzniku vodíkové vazby.

Jaký je rozdíl mezi těmito dvěma molekulami?

Hrubým pravidlem je, že látky s vyšší molekulovou hmotností mají vyšší bod varu než jejich protějšky s nižší molekulovou hmotností. K přechodu větší molekuly z kapalného stavu do stavu par je zapotřebí více energie. Čpavek má však bod varu -33,34 °C a molekulovou hmotnost 17, zatímco dusík (molekulová hmotnost 28) má bod varu -195,8 °C. Lehčí molekula amoniaku musí mít další faktory, které ovlivňují její fyzikální vlastnosti.

Vazba vodíku

Přitažlivá síla mezi molekulami vody je dipólová interakce. Atomy vodíku jsou vázány na vysoce elektronegativní atom kyslíku (který má také dva osamělé párové elektrony, což vytváří velmi polární vazbu. Částečně kladný atom vodíku jedné molekuly je pak přitahován k atomu kyslíku blízké molekuly vody (viz obrázek níže ).

Obrázek 1. Vodíkový atom jedné molekuly je pak přitahován k atomu kyslíku blízké molekuly vody (viz obrázek níže ). Vodíková vazba ve vodě vzniká mezi atomem vodíku jedné molekuly vody a osamělým párem elektronů na atomu kyslíku sousední molekuly vody.

Vodíková vazba je mezimolekulární přitažlivá síla, při níž je atom vodíku, který je kovalentně vázán na malý, vysoce elektronegativní atom, přitahován k osamělému páru elektronů na atomu v sousední molekule. Vodíková vazba je ve srovnání s jinými dipólovými interakcemi velmi silná. Síla typické vodíkové vazby je asi 5 % síly kovalentní vazby.

Vodíková vazba se vyskytuje pouze v molekulách, kde je vodík kovalentně vázán na jeden ze tří prvků: fluor, kyslík nebo dusík. Tyto tři prvky jsou natolik elektronegativní, že odebírají většinu elektronové hustoty v kovalentní vazbě s vodíkem, takže atom H je velmi elektronově deficitní. Atom H se chová téměř jako holý proton, takže je velmi přitahován osamělými párovými elektrony na blízkém atomu.

Vodíková vazba, která se vyskytuje ve vodě, vede k některým neobvyklým, ale velmi důležitým vlastnostem. Většina molekulárních sloučenin, které mají hmotnost podobnou vodě, jsou při pokojové teplotě plyny. Díky silným vodíkovým vazbám jsou molekuly vody schopny zůstat kondenzované v kapalném stavu. Následující obrázek ukazuje, jak ohnutý tvar a dva atomy vodíku na molekulu umožňují každé molekule vody, aby byla schopna vytvořit vodíkovou vazbu se dvěma dalšími molekulami.

Obrázek 2. Voda v kapalném stavu. Díky ohnutému tvaru a přítomnosti dvou atomů vodíku na molekulu vzniká ve vodě více vodíkových vazeb současně.

V kapalném stavu se vodíkové vazby vody mohou přerušovat a obnovovat, jak molekuly proudí z jednoho místa na druhé. Když se voda ochladí, molekuly se začnou zpomalovat. Nakonec, když voda zmrzne na led, se vodíkové vazby stanou trvalými a vytvoří velmi specifickou síť.

Obrázek 3: Vodíkové vazby v molekulách. Když voda zmrzne na led, síť vodíkových vazeb se stane trvalou. Každý atom kyslíku má přibližně tetraedrickou geometrii – dvě kovalentní vazby a dvě vodíkové vazby.

Zohnutý tvar molekul vede k mezerám v síti vodíkových vazeb ledu. Led má velmi neobvyklou vlastnost, že jeho pevný stav je méně hustý než stav kapalný. Led plave v kapalné vodě. Prakticky všechny ostatní látky jsou v pevném stavu hustší než ve stavu kapalném. Vodíkové vazby hrají velmi důležitou biologickou roli ve fyzikálních strukturách bílkovin a nukleových kyselin.

Souhrn

  • Vodíkové vazby vznikají, když H připojený k atomu N, O nebo F interaguje s jiným atomem N, O nebo F. Vodíkové vazby se vytvářejí, když H připojený k atomu N, O nebo F interaguje.

Praxe

Pomocí níže uvedeného odkazu odpovězte na následující otázky:

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/161Ahydrogenbond.html

  1. Jaké vlastnosti N a O způsobují, že pak tvoří s H vazby?
  2. Vytvoří všechny atomy H vazby H?
  3. Jaká je délka vazby H ve srovnání s délkou kovalentní vazby?

Recenze

  1. Jak silná je vodíková vazba?
  2. Co se stane, když je H kovalentně vázán na N, O nebo F?
  3. Jak ovlivňuje tvar molekuly vody její vlastnosti?

Slovníček

  • vodíkové vazby: Mezimolekulární přitažlivá síla, při níž je atom vodíku, který je kovalentně vázán na malý, vysoce elektronegativní atom, přitahován k osamělému páru elektronů na atomu v sousední molekule.