Kémia nem szakos hallgatóknak

Hidrogénkötés

A vízmolekulák közötti vonzóerő a dipólus kölcsönhatás. A hidrogénatomok az erősen elektronegatív oxigénatomhoz kötődnek (amely két magányos elektronpárral is rendelkezik, így nagyon poláris kötés jön létre. Az egyik molekula részben pozitív hidrogénatomját ezután egy közeli vízmolekula oxigénatomja vonzza (lásd az alábbi ábrát ).

1. ábra. Hidrogénkötés a vízben egy vízmolekula hidrogénatomja és egy szomszédos vízmolekula oxigénatomjának magányos elektronpárja között jön létre.

A hidrogénkötés olyan molekulák közötti vonzóerő, amelyben egy kis, erősen elektronegatív atomhoz kovalens kötésű hidrogénatomot egy szomszédos molekula egyik atomjának magányos elektronpárja vonz. A hidrogénkötések más dipólus kölcsönhatásokhoz képest nagyon erősek. Egy tipikus hidrogénkötés erőssége körülbelül 5%-a a kovalens kötésekének.

A hidrogénkötés csak olyan molekulákban fordul elő, ahol a hidrogén kovalens kötésben van a három elem valamelyikéhez: fluorhoz, oxigénhez vagy nitrogénhez. Ez a három elem annyira elektronegatív, hogy a hidrogénnel való kovalens kötésben az elektronsűrűség nagy részét elvonják, így a H atom nagyon elektronhiányos marad. A H atom szinte csupasz protonként viselkedik, így nagyon vonzódik egy közeli atom magányos pár elektronjaihoz.

A vízben előforduló hidrogénkötés néhány szokatlan, de nagyon fontos tulajdonságot eredményez. A legtöbb, a vízhez hasonló tömegű molekuláris vegyület szobahőmérsékleten gáz. Az erős hidrogénkötések miatt a vízmolekulák képesek folyékony állapotban sűrűsödve maradni. Az alábbi ábrán látható, hogy a hajlított alak és a molekulánként két hidrogénatom lehetővé teszi, hogy minden vízmolekula képes legyen hidrogénkötést létesíteni két másik molekulával.

2. ábra. A vízben egyszerre több hidrogénkötés fordul elő a hajlított alakja és a molekulánkénti két hidrogénatom jelenléte miatt.

Folyékony állapotban a víz hidrogénkötései megszakadhatnak és újraalakulhatnak, ahogy a molekulák egyik helyről a másikra áramlanak. Amikor a vizet lehűtjük, a molekulák lassulni kezdenek. Végül, amikor a víz jéggé fagy, a hidrogénkötések állandóvá válnak, és egy nagyon sajátos hálózatot alkotnak.

3. ábra. Amikor a víz jéggé fagy, a hidrogénkötés-hálózat állandóvá válik. Minden oxigénatom megközelítőleg tetraéderes geometriájú – két kovalens kötés és két hidrogénkötés.

A molekulák hajlított alakja hézagokat eredményez a jég hidrogénkötési hálózatában. A jégnek az a nagyon szokatlan tulajdonsága, hogy szilárd halmazállapota kevésbé sűrű, mint folyékony halmazállapota. A jég a folyékony vízben úszik. Gyakorlatilag minden más anyag sűrűbb szilárd állapotban, mint folyékony állapotban. A hidrogénkötések nagyon fontos biológiai szerepet játszanak a fehérjék és nukleinsavak fizikai szerkezetében.

Glosszárium

Molekulák közötti vonzóerő.