Læringsmål

  • Definer hydrogenbinding.
  • Beskriv molekylære strukturer, der vil deltage i dannelsen af hydrogenbindinger.

Hvad er forskellen mellem disse to molekyler?

En grov tommelfingerregel er, at materialer med højere molekylvægt har højere kogepunkt end deres modstykker med lavere molekylvægt. Der skal mere energi til for at flytte det større molekyle fra væsketilstanden til damptilstanden. Ammoniak har dog et kogepunkt på -33,34 °C og en molekylvægt på 17, mens nitrogen (molekylvægt 28) har et kogepunkt på -195,8 °C. Det lettere ammoniakmolekyle må have andre faktorer, der påvirker dets fysiske egenskaber.

Hydrogenbinding

Den tiltrækkende kraft mellem vandmolekyler er en dipolvekselvirkning. Brintatomerne er bundet til det meget elektronegative iltatom (som også besidder to sæt ensomme par elektroner, hvilket giver en meget polær binding. Det delvist positive brintatom i det ene molekyle tiltrækkes derefter af iltatomet i et nærliggende vandmolekyle (se nedenstående figur ).

Figur 1. En hydrogenbinding i vand opstår mellem hydrogenatomet i et vandmolekyle og det ensomme elektronpar på et oxygenatom i et nærliggende vandmolekyle.

En hydrogenbinding er en intermolekylær tiltrækningskraft, hvor et hydrogenatom, der er kovalent bundet til et lille, stærkt elektronegativt atom, tiltrækkes af et ensomme elektronpar på et atom i et nærliggende molekyle. Brintbindinger er meget stærke sammenlignet med andre dipolinteraktioner. Styrken af en typisk hydrogenbinding er ca. 5 % af styrken af en kovalent binding.

Hydrogenbinding forekommer kun i molekyler, hvor hydrogen er kovalent bundet til et af tre elementer: fluor, oxygen eller nitrogen. Disse tre elementer er så elektronegative, at de trækker størstedelen af elektrontætheden i den kovalente binding med brint tilbage, hvilket efterlader H-atomet meget elektronfattigt. H-atomet fungerer næsten som en bar proton, hvilket gør, at det er meget tiltrukket af lone pair-elektroner på et nærliggende atom.

Den hydrogenbinding, der forekommer i vand, fører til nogle usædvanlige, men meget vigtige egenskaber. De fleste molekylære forbindelser, der har en masse, der ligner vand, er gasser ved stuetemperatur. På grund af de stærke hydrogenbindinger er vandmolekyler i stand til at forblive kondenseret i flydende tilstand. Figuren nedenfor viser, hvordan den bøjede form og de to hydrogenatomer pr. molekyle gør det muligt for hvert vandmolekyle at være i stand til at binde hydrogenbindinger til to andre molekyler.

Figur 2. Der forekommer flere hydrogenbindinger samtidig i vand på grund af dets bøjede form og tilstedeværelsen af to hydrogenatomer pr. molekyle.

I flydende tilstand kan vandets hydrogenbindinger brydes og reformeres, når molekylerne flyder fra et sted til et andet. Når vand afkøles, begynder molekylerne at blive langsommere. Til sidst, når vand fryses til is, bliver hydrogenbindingerne permanente og danner et meget specifikt netværk.

Figur 3. Når vand fryser til is, bliver hydrogenbindingsnetværket permanent. Hvert iltatom har en omtrent tetraedrisk geometri – to kovalente bindinger og to hydrogenbindinger.

Den bøjede form af molekylerne fører til huller i isens hydrogenbindingsnetværk. Is har den meget usædvanlige egenskab, at dens faste tilstand er mindre tæt end dens flydende tilstand. Is flyder i flydende vand. Stort set alle andre stoffer er tættere i fast tilstand end i flydende tilstand. Hydrogenbindinger spiller en meget vigtig biologisk rolle i de fysiske strukturer af proteiner og nukleinsyrer.

Summary

  • Hydrogenbindinger dannes, når et H, der er knyttet til et N-, O- eller F-atom, interagerer med et andet N-, O- eller F-atom.

Praksis

Brug nedenstående link til at besvare følgende spørgsmål:

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

  1. Hvilke egenskaber ved N og O gør, at de danner H-bindinger med H?
  2. Vil alle H-atomer danne H-bindinger?
  3. Hvad er længden af en H-binding sammenlignet med længden af en kovalent binding?

Review

  1. Hvor stærk er en hydrogenbinding?
  2. Hvad sker der, når H er kovalent bundet til N, O eller F?
  3. Hvordan påvirker vandmolekylets form dets egenskaber?

Glossar

  • hydrogenbinding: En intermolekylær tiltrækningskraft, hvor et hydrogenatom, der er kovalent bundet til et lille, stærkt elektronegativt atom, tiltrækkes af et ensomt elektronpar på et atom i et nabomolekyle.