Obiective de învățare

  • Definiți legătura de hidrogen.
  • Descrieți structurile moleculare care vor participa la formarea legăturii de hidrogen.

Care este diferența dintre aceste două molecule?

O regulă generală este că materialele cu greutate moleculară mai mare au puncte de fierbere mai mari decât omologii lor cu greutate moleculară mai mică. Este nevoie de mai multă energie pentru a muta molecula mai mare din starea lichidă în starea de vapori. Cu toate acestea, amoniacul are un punct de fierbere de -33,34°C și o greutate moleculară de 17, în timp ce azotul (greutate moleculară 28) are un punct de fierbere de -195,8°C. Molecula mai ușoară de amoniac trebuie să aibă și alți factori care îi influențează proprietățile fizice.

Legătura de hidrogen

Forța de atracție dintre moleculele de apă este o interacțiune de dipol. Atomii de hidrogen sunt legați de atomul de oxigen foarte electronegativ (care posedă, de asemenea, două seturi de electroni de pereche singuratică, ceea ce face ca legătura să fie foarte polară. Atomul de hidrogen parțial pozitiv al unei molecule este apoi atras de atomul de oxigen al unei molecule de apă din apropiere (a se vedea figura de mai jos ).

Figura 1. O legătură de hidrogen în apă are loc între atomul de hidrogen al unei molecule de apă și perechea solitară de electroni de pe un atom de oxigen al unei molecule de apă învecinate.

O legătură de hidrogen este o forță de atracție intermoleculară în care un atom de hidrogen care este legat covalent de un atom mic, foarte electronegativ, este atras de o pereche solitară de electroni de pe un atom dintr-o moleculă învecinată. Legăturile de hidrogen sunt foarte puternice în comparație cu alte interacțiuni dipolare. Puterea unei legături de hidrogen tipice este de aproximativ 5% din cea a unei legături covalente.

Legătura de hidrogen apare numai în moleculele în care hidrogenul este legat covalent de unul dintre cele trei elemente: fluor, oxigen sau azot. Aceste trei elemente sunt atât de electronegative încât retrag majoritatea densității de electroni în legătura covalentă cu hidrogenul, lăsând atomul de H foarte lipsit de electroni. Atomul de H acționează aproape ca un proton gol, ceea ce îl face să fie foarte atras de electronii perechii singuratice de pe un atom din apropiere.

Legătura de hidrogen care apare în apă duce la unele proprietăți neobișnuite, dar foarte importante. Majoritatea compușilor moleculari care au o masă similară cu cea a apei sunt gaze la temperatura camerei. Datorită legăturilor puternice de hidrogen, moleculele de apă sunt capabile să rămână condensate în stare lichidă. Figura de mai jos arată cum forma curbată și cei doi atomi de hidrogen pe moleculă permit fiecărei molecule de apă să fie capabilă să realizeze legături de hidrogen cu alte două molecule.

Figura 2. În apă apar simultan legături multiple de hidrogen datorită formei sale curbate și prezenței a doi atomi de hidrogen pe moleculă.

În stare lichidă, legăturile de hidrogen ale apei se pot rupe și reforma pe măsură ce moleculele curg dintr-un loc în altul. Când apa este răcită, moleculele încep să încetinească. În cele din urmă, când apa este înghețată în gheață, legăturile de hidrogen devin permanente și formează o rețea foarte specifică.

Figura 3. Când apa îngheață în gheață, rețeaua de legături de hidrogen devine permanentă. Fiecare atom de oxigen are o geometrie aproximativ tetraedrică – două legături covalente și două legături de hidrogen.

Forma curbată a moleculelor conduce la goluri în rețeaua de legături de hidrogen a gheții. Gheața are proprietatea foarte neobișnuită ca starea sa solidă să fie mai puțin densă decât starea lichidă. Gheața plutește în apă lichidă. Practic, toate celelalte substanțe sunt mai dense în stare solidă decât în stare lichidă. Legăturile de hidrogen joacă un rol biologic foarte important în structurile fizice ale proteinelor și acizilor nucleici.

Rezumat

  • Legăturile de hidrogen se formează atunci când un H atașat la un atom de N, O sau F interacționează cu un alt atom de N, O sau F.

Practică

Utilizați link-ul de mai jos pentru a răspunde la următoarele întrebări:

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

  1. Care sunt caracteristicile lui N și O care fac ca acestea să formeze legături H cu H?
  2. Toți atomii de H vor forma legături H?
  3. Care este lungimea unei legături H în comparație cu lungimea unei legături covalente?

Revizuire

  1. Cât de puternică este o legătură de hidrogen?
  2. Ce se întâmplă când H este legat covalent de N, O sau F?
  3. Cum influențează forma moleculei de apă proprietățile sale?

Glosar

  • Legătura de hidrogen: O forță de atracție intermoleculară în care un atom de hidrogen care este legat covalent de un atom mic, foarte electronegativ, este atras de o pereche solitară de electroni de pe un atom dintr-o moleculă vecină.

.