Hidrojen Köprüsü ile Bağlantı: Özellikleri, Suda ve DNA'da Bağlantı

Hidrojen köprüsünün bağlanması, oldukça elektronegatif bir atoma tutturulmuş bir hidrojen atomu (H), yakındaki bir elektronegatif olarak yüklü başka bir elektrontatik alana çekiciliği uyguladığı zaman meydana gelen iki polar grup arasındaki elektrostatik bir çekimdir.

Fizik ve kimyada, bunlar ve yakındaki diğer parçacıklar (atomlar ve iyonlar gibi) arasında hareket edebilen, çekim veya itme kuvvetleri dahil olmak üzere, iki veya daha fazla molekül arasında etkileşim oluşturan kuvvetler vardır. Bu kuvvetlere moleküller arası kuvvetler denir.

İntermolar kuvvetler, doğada bir molekülün parçalarını içten dışa (intramoleküler kuvvetler) birleştiren kuvvetlerden daha zayıftır.

Dört çeşit çekici moleküller arası kuvvet vardır: iyon dipol kuvvetleri, dipol dipol kuvvetleri, van der Waals kuvvetleri ve hidrojen bağları.

Hidrojen köprüsü bağlantısının özellikleri

Hidrojen köprüsüyle bağ, bir "donör" atomu (hidrojene sahip elektronegatif) ve bir "reseptör" (hidrojensiz elektronegatif) arasındadır.

Genellikle 1 ila 40 Kcal / mol arasında bir enerji üretir, bu çekiciliği van der Waals etkileşiminde meydana gelenlerden çok daha güçlü hale getirir, ancak kovalent ve iyonik bağlardan daha zayıftır.

Genellikle, azot (N), oksijen (O) veya florin (F) gibi atomlara sahip moleküller arasında meydana gelir, bununla birlikte, bunlar kloroformda olduğu gibi yüksek oranda elektronegatif atomlara eklendiklerinde karbon atomları (C) ile de gözlenir. CHCl3).

Sendika neden oluyor?

Bu birleşme, yüksek oranda elektronegatif bir atoma eklendiğinde, hidrojen (tipik olarak nötr yükü olan küçük bir atom) kısmen pozitif bir yük elde ederek diğer elektronegatif atomları kendisine doğru çekmeye başlamasına neden olur.

Bundan, tamamen kovalent olarak sınıflandırılamamasına rağmen, hidrojeni ve elektronegatif atomunu diğer atomlara bağlayan bir birliktelik ortaya çıkar.

Bu bağların varlığının ilk kanıtları kaynama noktalarını ölçen bir çalışma ile gözlemlenmiştir. Bunların hepsinin beklendiği gibi moleküler ağırlığa göre artmadığı, ancak tahmin edilenden daha yüksek bir sıcaklıkta kaynaması gereken bazı bileşikler olduğu belirtildi.

Buradan, elektronegatif moleküllerdeki hidrojen bağlarının varlığını gözlemlemeye başladık.

Bağlantının uzunluğu

Bir hidrojen bağında ölçülecek en önemli özellik angstrom (Å) cinsinden ölçülen uzunluğudur (daha uzun, daha az güçlü).

Sırayla, bu uzunluk bağ kuvvetine, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Aşağıda, bu faktörlerin bir hidrojen bağının kuvvetini nasıl etkilediği açıklanmaktadır.

Bağlantı gücü

Bağlanma kuvveti, basınç, sıcaklık, bağ açısı ve çevreye bağlıdır (yerel bir dielektrik sabiti ile karakterize edilir).

Örneğin, doğrusal geometrili moleküller için birlik zayıftır, çünkü hidrojen bir atomdan diğerinden daha uzundur, fakat daha kapalı açılardan bu kuvvet artar.

sıcaklık

Hidrojen bağlarının düşük sıcaklıklarda oluşmaya eğilimli olduğu, çünkü yoğunluğun azalması ve daha yüksek sıcaklıklarda moleküler hareketteki artışın hidrojen bağlarının oluşumunda zorluklara neden olduğu incelenmiştir.

Bağlar, sıcaklıktaki artışla geçici olarak ve / veya kalıcı olarak kırılabilir, ancak bağların, su gibi, bileşiklerin de kaynamaya karşı daha fazla dirençli hale getirdiğini not etmek önemlidir.

basınç

Basınç ne kadar yüksek olursa hidrojen bağının gücü o kadar yüksektir. Bunun nedeni daha yüksek basınçlarda molekülün atomlarının (örneğin buzda olduğu gibi) daha kompakt olması ve bu bağlantının bileşenleri arasındaki mesafenin daha küçük olmasına yardımcı olmasıdır.

Aslında, bu değer, basınçla bulunan bağlantı uzunluğunun takdir edildiği bir grafikte buz için çalışırken neredeyse doğrusaldır.

Sudaki hidrojen köprüsüyle bağlantı

Su molekülü (H ₂ O) mükemmel bir hidrojen bağı durumu olarak kabul edilir: her molekül, yakındaki su molekülleriyle birlikte dört potansiyel hidrojen bağı oluşturabilir.

Her molekülde mükemmel miktarda pozitif yüklü hidrojenler ve bağlanmamış elektron çiftleri bulunur, bu da herkesin hidrojen bağlarının oluşumunda yer almasını mümkün kılar.

Suyun, örneğin amonyak (NH3) ve hidrojen florür (HF) gibi diğer moleküllerden daha yüksek kaynama noktasına sahip olmasının nedeni budur.

İlk durumda, azot atomu sadece bir çift serbest elektrona sahiptir ve bu, bir grup amonyak molekülünde, tüm hidrojenlerin ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli serbest çiftlerin olmadığı anlamına gelir.

Her bir amonyak molekülü için, tek bir bağın bir hidrojen köprüsü tarafından oluşturulduğu ve diğer H atomlarının "boşa harcandığı" söylenir.

Florür söz konusu olduğunda, hidrojen eksikliği açıktır ve elektronların "çiftleri" "israf edilir". Yine, su içinde yeterli miktarda hidrojen ve elektron çifti vardır, bu nedenle bu sistem mükemmel bir şekilde birbirine bağlanır.

DNA ve diğer moleküllerde hidrojen köprüsü ile bağlantı

Proteinlerde ve DNA'da hidrojen bağları da gözlemlenebilir: DNA söz konusu olduğunda, çift sarmal formu, taban çiftleri (sarmalı oluşturan bloklar) arasındaki hidrojen bağlarından kaynaklanmaktadır. Bu moleküller kopyalanır ve bildiğimiz gibi hayat vardır.

Proteinler söz konusu olduğunda, hidrojenler oksijenler ve amid hidrojenleri arasında bağlar oluşturur; oluştuğu konuma bağlı olarak, farklı ortaya çıkan protein yapıları oluşacaktır.

Hidrojen bağları ayrıca doğal ve sentetik polimerlerde ve azot içeren organik moleküllerde de bulunur ve bu tür birleşime sahip diğer moleküller hala kimya dünyasında incelenmektedir.