ลิงค์โดยสะพานไฮโดรเจน: ลักษณะเชื่อมโยงในน้ำและในดีเอ็นเอ

พันธะสะพานไฮโดรเจน เป็นสิ่งดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างสองกลุ่มขั้วที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจน (H) ติดกับอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตี้สูงทำให้เกิดการดึงดูดบนสนามไฟฟ้าสถิตของอะตอมที่อยู่ใกล้กัน

ในฟิสิกส์และเคมีมีกองกำลังที่สร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างสองโมเลกุลขึ้นไปรวมถึงแรงดึงดูดหรือแรงผลักดันซึ่งสามารถกระทำระหว่างอนุภาคเหล่านี้กับอนุภาคใกล้เคียงอื่น ๆ (เช่นอะตอมและไอออน) แรงเหล่านี้เรียกว่าแรงระหว่างโมเลกุล

กองกำลังของ intermolar นั้นอ่อนแอกว่าธรรมชาติที่อยู่ในส่วนของโมเลกุลจากภายในสู่ภายนอก (แรงภายในโมเลกุล)

กองกำลัง intermolecular ที่น่าสนใจมีสี่ประเภท: กองกำลังไอออน - ไดโพล, กองกำลังไดโพล - ไดโพล, กองกำลังแวนเดอร์วาลส์และพันธะไฮโดรเจน

ลักษณะของการเชื่อมโยงสะพานไฮโดรเจน

พันธะโดยสะพานไฮโดรเจนอยู่ระหว่างอะตอม "ผู้บริจาค" (electronegative ที่มีไฮโดรเจน) และ "ตัวรับ" (electronegative ที่ไม่มีไฮโดรเจน)

มันมักจะสร้างพลังงานระหว่าง 1 ถึง 40 Kcal / mol ทำให้แรงดึงดูดนี้แข็งแกร่งกว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในการทำงานของ van der Waals แต่อ่อนแอกว่าพันธะโควาเลนต์และอิออนิก

มันมักจะเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลกับอะตอมเช่นไนโตรเจน (N), ออกซิเจน (O) หรือฟลูออรีน (F) แม้ว่ามันจะถูกสังเกตเห็นด้วยกับอะตอมของคาร์บอน (C) เมื่อสิ่งเหล่านี้ถูกยึดติดกับอะตอมที่มีอิเลคโตรเจนสูงเช่นในกรณีคลอโรฟอร์ม CHCl ₃ )

ทำไมสหภาพจึงเกิดขึ้น

การรวมตัวกันนี้เกิดขึ้นเพราะการถูกยึดติดกับอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตี้สูงไฮโดรเจน (อะตอมขนาดเล็กที่มีประจุเป็นกลางโดยทั่วไป) จะได้รับประจุบวกบางส่วนทำให้มันเริ่มดึงดูดอะตอมอิเลคโตรเนกาติ

จากสิ่งนี้เกิดขึ้นเป็นสหภาพที่แม้ว่ามันจะไม่สามารถจำแนกได้ว่าเป็นโควาเลนต์ทั้งหมด แต่ก็ผูกไฮโดรเจนและอะตอมอิเลคโตรเนกาติตี้กับอะตอมอื่น

หลักฐานแรกของการมีอยู่ของพันธบัตรเหล่านี้ถูกสังเกตโดยการศึกษาที่วัดค่าจุดเดือด มันถูกตั้งข้อสังเกตว่าไม่ทั้งหมดเหล่านี้เพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลตามที่คาดไว้ แต่มีสารประกอบบางอย่างที่ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่าจะเดือดกว่าที่คาดการณ์ไว้

จากที่นี่เราเริ่มสังเกตการมีอยู่ของพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลอิเลคโตรเนกาติตี้

ความยาวของลิงค์

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดในการวัดค่าในพันธะไฮโดรเจนคือความยาวของมัน (ยิ่งยาวยิ่งแข็งแกร่งน้อยกว่า) ซึ่งวัดเป็นอังสตรอม (Å)

ในทางกลับกันความยาวนี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงพันธะอุณหภูมิและความดัน ข้อมูลต่อไปนี้อธิบายว่าปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนอย่างไร

ลิงค์แรง

ความแข็งแรงพันธะขึ้นอยู่กับความดันอุณหภูมิมุมบอนด์และสภาพแวดล้อม (ซึ่งมีลักษณะเป็นค่าคงที่ไดอิเล็กทริกท้องถิ่น)

ยกตัวอย่างเช่นสำหรับโมเลกุลของเรขาคณิตเชิงเส้นยูเนี่ยนจะอ่อนแอกว่าเพราะไฮโดรเจนอยู่ไกลจากอะตอมหนึ่งมากกว่าอะตอมอื่น แต่ในมุมที่กว้างกว่าแรงนี้จะเพิ่มขึ้น

อุณหภูมิ

มันถูกศึกษาว่าพันธะไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าเนื่องจากความหนาแน่นลดลงและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่อุณหภูมิสูงขึ้นทำให้เกิดความยากลำบากในการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน

สามารถแตกหักได้ชั่วคราวและ / หรือถาวรเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าพันธะนั้นทำให้สารประกอบมีความต้านทานต่อการเดือดมากขึ้นเช่นในกรณีของน้ำ

ความดัน

ยิ่งความดันยิ่งสูงความแข็งแกร่งของพันธะไฮโดรเจนก็จะยิ่งมากขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความกดดันที่สูงกว่าอะตอมของโมเลกุล (เช่นในน้ำแข็ง) จะมีขนาดเล็กลงและจะช่วยให้ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบของลิงก์มีขนาดเล็กลง

ในความเป็นจริงค่านี้เกือบจะเป็นเส้นตรงเมื่อศึกษาน้ำแข็งในกราฟที่ความยาวของลิงค์ที่พบกับความดันนั้นแข็งค่า

เชื่อมโยงด้วยสะพานไฮโดรเจนในน้ำ

โมเลกุลของน้ำ (H ₂ O) ถือเป็นกรณีที่สมบูรณ์แบบของพันธะไฮโดรเจน: แต่ละโมเลกุลสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนที่มีศักยภาพสี่กับโมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้เคียง

มีอยู่ในโมเลกุลแต่ละโมเลกุลในจำนวนที่สมบูรณ์แบบของประจุไฮโดรเจนบวกและคู่อิเล็กตรอนที่ไม่มีเงื่อนไขทำให้ทุกคนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน

นี่คือเหตุผลที่น้ำมีจุดเดือดสูงกว่าโมเลกุลอื่น ๆ เช่นแอมโมเนีย (NH ₃ ) และไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)

ในกรณีแรกอะตอมไนโตรเจนมีคู่อิเล็กตรอนอิสระเพียงคู่เดียวและนั่นหมายความว่าในกลุ่มของโมเลกุลแอมโมเนียมีคู่อิสระไม่เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของ hydrogens ทั้งหมด

มีการกล่าวกันว่าสำหรับแอมโมเนียแต่ละโมเลกุลจะเกิดพันธะเดี่ยวขึ้นโดยสะพานไฮโดรเจนและอะตอม H อื่น ๆ นั้น "สูญเปล่า"

ในกรณีของฟลูออไรด์จะมีการขาดดุลของไฮโดรเจนและ "คู่" ของอิเล็กตรอนจะ "สูญเปล่า" อีกครั้งมีจำนวนของไฮโดรเจนและอิเล็กตรอนในน้ำเพียงพอดังนั้นระบบนี้จึงเชื่อมโยงเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์แบบ

เชื่อมโยงโดยสะพานไฮโดรเจนใน DNA และโมเลกุลอื่น ๆ

ในโปรตีนและพันธะไฮโดรเจนไฮโดรเจนยังสามารถสังเกตได้: ในกรณีของ DNA รูปแบบเกลียวคู่นั้นเกิดจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างคู่ฐาน (บล็อกที่ประกอบเป็นเกลียว) ซึ่งอนุญาตให้ โมเลกุลเหล่านี้ถูกจำลองแบบและมีชีวิตตามที่เรารู้

ในกรณีของโปรตีนไฮโดรเจนก่อให้เกิดพันธะระหว่างออกซิเจนและเอไมด์ไฮโดรเจน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เกิดขึ้นโครงสร้างโปรตีนที่ได้จะแตกต่างกันออกไป

พันธบัตรไฮโดรเจนยังมีอยู่ในโพลีเมอร์ธรรมชาติและสังเคราะห์และในโมเลกุลอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนและโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีสหภาพชนิดนี้ยังคงศึกษาอยู่ในโลกของเคมี