Legătură cu hidrogenul: Caracteristicile, legătura în apă și ADN
Legarea punților de hidrogen este o atracție electrostatică între două grupuri poliare care apare atunci când un atom de hidrogen (H) atașat la un atom puternic electronegativ exercită o atracție pe câmpul electrostatic al unui alt atom din apropiere încărcat electronegativ.
În fizică și chimie există forțe care generează interacțiunea între două sau mai multe molecule, inclusiv forțe de atracție sau repulsie, care pot acționa între aceste și alte particule din apropiere (cum ar fi atomii și ionii). Aceste forțe sunt numite forțe intermoleculare.
Forțele intermole au o natură mai slabă decât cele care se alătură părților unei molecule din interior (forțele intramoleculare).
Există patru tipuri de forțe intermoleculare atractive: forțe dipol-ion, forțe dipol-dipol, forțe van der Waals și legături de hidrogen.
Caracteristicile legăturii dintre punțile de hidrogen
Legătura prin punte de hidrogen se află între un atom "donator" (electronegativ care are hidrogen) și un "receptor" (electronegativ fără hidrogen).
De obicei generează o energie între 1 și 40 kcal / mol, ceea ce face ca această atracție să fie considerabil mai puternică decât cea care a avut loc în interacțiunea van der Waals, dar mai slabă decât legăturile covalente și ionice.
Se întâmplă de obicei între molecule cu atomi cum ar fi azotul (N), oxigenul (O) sau fluorul (F), deși se observă și cu atomii de carbon (C) atunci când aceștia sunt atașați la atomi puternic electronegativi, CHCI3).
De ce se întâmplă unirea?
Această unire apare deoarece, atașându-se unui atom puternic electronegativ, hidrogenul (un atom mic cu o sarcină tipic neutră) dobândește o sarcină parțial pozitivă, determinând-o să înceapă atragerea altor atomi electronegativi spre ea însăși.
De aici rezultă o unire care, deși nu poate fi clasificată ca fiind total covalentă, leagă hidrogenul și atomul său electronegativ la acest alt atom.
Primele dovezi ale existenței acestor legături au fost observate printr-un studiu care a măsurat punctele de fierbere. Sa observat că nu toate acestea au crescut în funcție de greutatea moleculară, așa cum era de așteptat, dar că au existat anumiți compuși care au necesitat o temperatură mai mare de fierbere decât sa prevăzut.
De aici, am început să observăm existența legăturilor de hidrogen în moleculele electronegative.
Lungimea liniei
Caracteristica cea mai importantă pentru măsurarea unei legături de hidrogen este lungimea sa (cea mai lungă, mai puțin puternică), care este măsurată în angstrom (Å).
La rândul său, această lungime depinde de rezistența legăturii, de temperatura și de presiune. Următoarea descrie modul în care acești factori influențează puterea unei legături de hidrogen.
Puterea legăturii
Rezistența legăturii depinde în sine de presiunea, temperatura, unghiul de legătură și mediul (care se caracterizează printr-o constantă dielectrică locală).
De exemplu, pentru moleculele de geometrie liniară uniunea este mai slabă deoarece hidrogenul este mai departe de un atom decât de altul, dar la unghiuri mai închise această forță crește.
temperatură
Sa studiat că legăturile de hidrogen sunt predispuse la temperaturi mai scăzute, deoarece scăderea densității și creșterea mișcării moleculare la temperaturi mai ridicate cauzează dificultăți în formarea legăturilor de hidrogen.
Legăturile pot fi rupte temporar și / sau permanent cu creșterea temperaturii, dar este important de menționat că legăturile fac, de asemenea, ca compușii să aibă o rezistență mai mare la fierbere, ca în cazul apei.
presiune
Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare rezistența legăturii de hidrogen. Acest lucru se întâmplă deoarece la presiuni mai mari, atomii moleculei (cum ar fi, de exemplu, în gheață) vor fi mai compacți și acest lucru va ajuta distanța dintre componentele legăturii să fie mai mică.
De fapt, această valoare este aproape liniară atunci când studiază pentru gheață într-un grafic în care lungimea legăturii găsită cu presiunea este apreciată.
Legătura prin punte de hidrogen în apă
Molecula de apă (H 2 O) este considerată un caz perfect de legare la hidrogen: fiecare moleculă poate forma patru legături potențiale de hidrogen cu molecule de apă din apropiere.
Există în fiecare moleculă cantitatea perfectă de hidrogeni încărcați pozitiv și perechi de electroni nelegate, ceea ce face posibil ca toți să fie implicați în formarea legăturilor de hidrogen.
Acesta este motivul pentru care apa are un punct de fierbere mai mare decât alte molecule, cum ar fi, de exemplu, amoniacul (NH3) și acidul fluorhidric (HF).
În cazul primului, atomul de azot are doar o pereche de electroni liberi, ceea ce înseamnă că într-un grup de molecule de amoniac nu există suficiente perechi libere pentru a satisface nevoile tuturor hidrogenilor.
Se spune că pentru fiecare moleculă de amoniac se formează o singură legătură printr-o punte de hidrogen și că ceilalți atomi de H sunt "iroșiți".
În cazul fluorurii, există mai degrabă un deficit de hidrogen și "perechi" de electroni sunt "irosite". Din nou, există o cantitate adecvată de hidrogen și perechi de electroni în apă, deci acest sistem se leagă perfect.
Legătura prin punte de hidrogen în ADN și alte molecule
În proteine și legături de ADN, se poate observa și legăturile de hidrogen: în cazul ADN, forma dublă helix se datorează legăturilor de hidrogen dintre perechile de bază (blocurile care alcătuiesc helixul), ceea ce permite aceste molecule sunt replicate și există viață așa cum o știm.
În cazul proteinelor, hidrogenul formează legături între oxigen și hidrogenul amidic; în funcție de poziția în care apare, vor fi formate diferite structuri proteice rezultate.
Legăturile de hidrogen sunt prezente și în polimerii naturali și sintetici și în moleculele organice care conțin azot, iar alte molecule cu acest tip de unire sunt încă studiate în lumea chimiei.
