Lärandemål

  • Definiera vätebindning.
  • Beskriv molekylära strukturer som deltar i bildandet av vätebindningar.

Vad är skillnaden mellan dessa två molekyler?

En grov tumregel är att material med högre molekylvikt har högre kokpunkt än sina motsvarigheter med lägre molekylvikt. Det krävs mer energi för att flytta den större molekylen från vätsketillstånd till ångtillstånd. Ammoniak har dock en kokpunkt på -33,34 °C och en molekylvikt på 17 medan kväve (molekylvikt 28) har en kokpunkt på -195,8 °C. Den lättare ammoniakmolekylen måste ha andra faktorer som påverkar dess fysikaliska egenskaper.

Vätgasbindning

Den attraktiva kraften mellan vattenmolekyler är en dipolinteraktion. Väteatomerna är bundna till den starkt elektronegativa syreatomen (som också har två ensamma paruppsättningar av elektroner, vilket ger en mycket polär bindning. Den delvis positiva väteatomen i en molekyl dras sedan till syreatomen i en närliggande vattenmolekyl (se figuren nedan ).

Figur 1. En vätebindning i vatten uppstår mellan väteatomen i en vattenmolekyl och det ensamma elektronparet på en syreatom i en närliggande vattenmolekyl.

En vätebindning är en intermolekylär attraherande kraft där en väteatom som är kovalent bunden till en liten, starkt elektronegativ atom attraheras till ett ensamt elektronpar på en atom i en närliggande molekyl. Vätgasbindningar är mycket starka jämfört med andra dipolinteraktioner. Styrkan hos en typisk vätebindning är ungefär 5 % av styrkan hos en kovalent bindning.

Vätebindning förekommer endast i molekyler där väte är kovalent bundet till ett av tre element: fluor, syre eller kväve. Dessa tre grundämnen är så elektronegativa att de drar tillbaka majoriteten av elektrontätheten i den kovalenta bindningen med väte, vilket gör att H-atomen blir mycket elektronfattig. H-atomen fungerar nästan som en naken proton, vilket gör att den är mycket attraherad av ensamma parelektroner på en närliggande atom.

Den vätebindning som sker i vatten leder till några ovanliga, men mycket viktiga egenskaper. De flesta molekylära föreningar som har en massa som liknar vatten är gaser vid rumstemperatur. På grund av de starka vätebindningarna kan vattenmolekylerna förbli kondenserade i flytande tillstånd. Figuren nedan visar hur den böjda formen och två väteatomer per molekyl gör att varje vattenmolekyl kan vätebindas till två andra molekyler.

Figur 2. Flera vätebindningar förekommer samtidigt i vatten på grund av dess böjda form och förekomsten av två väteatomer per molekyl.

I flytande tillstånd kan vattnets vätebindningar brytas och återbildas när molekylerna flödar från en plats till en annan. När vatten kyls börjar molekylerna sakta ner. Så småningom, när vatten fryser till is, blir vätebindningarna permanenta och bildar ett mycket specifikt nätverk.

Figur 3. När vatten fryser till is blir vätebindningsnätverket permanent. Varje syreatom har en ungefärlig tetraedrisk geometri – två kovalenta bindningar och två vätebindningar.

Molekylernas böjda form leder till luckor i isens vätebindningsnätverk. Is har den mycket ovanliga egenskapen att dess fasta tillstånd är mindre tätt än dess flytande tillstånd. Isen flyter i flytande vatten. Praktiskt taget alla andra ämnen är tätare i fast tillstånd än i flytande tillstånd. Vätebindningar spelar en mycket viktig biologisk roll i de fysiska strukturerna hos proteiner och nukleinsyror.

Sammanfattning

  • Vätebindningar bildas när ett H som är knutet till en N-, O- eller F-atom interagerar med en annan N-, O- eller F-atom.

Praktik

Använd länken nedan för att besvara följande frågor:

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

  1. Vilka egenskaper hos N och O gör att de bildar H-bindningar med H?
  2. Bildar alla H-atomer H-bindningar?
  3. Vad är längden på en H-bindning jämfört med längden på en kovalent bindning?

Review

  1. Hur stark är en vätebindning?
  2. Vad händer när H är kovalent bundet till N, O eller F?
  3. Hur påverkar vattenmolekylens form dess egenskaper?

Förklaringar

  • vätebindning: En intermolekylär dragningskraft där en väteatom som är kovalent bunden till en liten, mycket elektronegativ atom dras till ett ensam elektronpar på en atom i en grannmolekyl.