Wasserstoffbrücken Definition und Beispiele

Die meisten Menschen fühlen sich mit der Idee ionischer und kovalenter Bindungen wohl, sind sich jedoch nicht sicher, was Wasserstoffbindungen sind, wie sie sich bilden und warum sie wichtig sind.

Key Takeaways: Wasserstoffbrücken

• Eine Wasserstoffbrücke ist eine Anziehungskraft zwischen zwei Atomen, die bereits an anderen chemischen Bindungen beteiligt sind. Eines der Atome ist Wasserstoff, während das andere ein beliebiges elektronegatives Atom wie Sauerstoff, Chlor oder Fluor sein kann.
• Wasserstoffbrückenbindungen können sich zwischen Atomen innerhalb eines Moleküls oder zwischen zwei getrennten Molekülen bilden.
• Eine Wasserstoffbindung ist schwächer als eine Ionenbindung oder eine kovalente Bindung, aber stärker als Van-der-Waals-Kräfte.
• Wasserstoffbrückenbindungen spielen eine wichtige Rolle in der Biochemie und erzeugen viele der einzigartigen Eigenschaften von Wasser.

Wasserstoffbrücken Definition

Eine Wasserstoffbrücke ist eine Art von attraktiver (Dipol-Dipol-) Wechselwirkung zwischen einem elektronegativen Atom und einem Wasserstoffatom, das an ein anderes elektronegatives Atom gebunden ist. Bei dieser Bindung handelt es sich immer um ein Wasserstoffatom. Wasserstoffbrückenbindungen können zwischen Molekülen oder innerhalb von Teilen eines einzelnen Moleküls auftreten.

Eine Wasserstoffbrücke ist tendenziell stärker als Van-der-Waals-Kräfte, aber schwächer als kovalente Bindungen oder ionische Bindungen. Es ist ungefähr 1/20 (5%) der Stärke der zwischen O-H gebildeten kovalenten Bindung. Selbst diese schwache Bindung ist jedoch stark genug, um leichten Temperaturschwankungen standzuhalten.

Aber die Atome sind bereits gebunden

Wie kann Wasserstoff von einem anderen Atom angezogen werden, wenn es bereits gebunden ist? Bei einer polaren Bindung weist eine Seite der Bindung noch eine geringfügig positive Ladung auf, während die andere Seite eine geringfügig negative elektrische Ladung aufweist. Das Bilden einer Bindung neutralisiert nicht die elektrische Natur der beteiligten Atome.

Beispiele für Wasserstoffbrücken

Wasserstoffbrückenbindungen finden sich in Nukleinsäuren zwischen Basenpaaren und zwischen Wassermolekülen. Diese Art der Bindung bildet sich auch zwischen Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen verschiedener Chloroformmoleküle, zwischen Wasserstoff- und Stickstoffatomen benachbarter Ammoniakmoleküle, zwischen wiederkehrenden Untereinheiten im Polymernylon und zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in Acetylaceton. Viele organische Moleküle unterliegen Wasserstoffbrücken. Wasserstoffverbindung:

• Helfen Sie, Transkriptionsfaktoren an DNA zu binden
• Unterstützung der Antigen-Antikörper-Bindung
• Organisieren Sie Polypeptide in Sekundärstrukturen wie Alpha Helix und Beta Sheet
• Halten Sie die beiden DNA-Stränge zusammen
• Binden Sie Transkriptionsfaktoren aneinander

Wasserstoffbrückenbindung in Wasser

Obwohl sich Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasserstoff und jedem anderen elektronegativen Atom bilden, sind die Bindungen im Wasser am allgegenwärtigsten (und einige würden argumentieren, am wichtigsten). Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Wassermolekülen entstehen, wenn der Wasserstoff eines Atoms zwischen den Sauerstoffatomen seines eigenen Moleküls und dem seines Nachbarn liegt. Dies geschieht, weil das Wasserstoffatom sowohl von seinem eigenen Sauerstoff als auch von anderen Sauerstoffatomen angezogen wird, die nahe genug kommen. Der Sauerstoffkern hat 8 "Plus" -Ladungen und zieht mit seiner einzigen positiven Ladung Elektronen besser an als der Wasserstoffkern. So können benachbarte Sauerstoffmoleküle Wasserstoffatome von anderen Molekülen anziehen und bilden so die Grundlage für die Bildung von Wasserstoffbrücken.

Die Gesamtzahl der zwischen Wassermolekülen gebildeten Wasserstoffbrücken beträgt 4. Jedes Wassermolekül kann zwei Wasserstoffbrücken zwischen Sauerstoff und den beiden Wasserstoffatomen im Molekül bilden. Es können zusätzliche zwei Bindungen zwischen jedem Wasserstoffatom und nahegelegenen Sauerstoffatomen gebildet werden.

Eine Folge der Wasserstoffbrückenbindung besteht darin, dass Wasserstoffbrückenbindungen dazu neigen, sich in einem Tetraeder um jedes Wassermolekül herum anzuordnen, was zu der bekannten Kristallstruktur von Schneeflocken führt. In flüssigem Wasser ist der Abstand zwischen benachbarten Molekülen größer und die Energie der Moleküle so groß, dass Wasserstoffbrückenbindungen häufig gestreckt und aufgebrochen werden. Sogar flüssige Wassermoleküle bilden jedoch eine tetraedrische Anordnung. Aufgrund der Wasserstoffbindung wird die Struktur von flüssigem Wasser bei niedrigeren Temperaturen geordnet, weit über der von anderen Flüssigkeiten. Wasserstoffbrückenbindung hält Wassermoleküle etwa 15% enger als wenn die Bindungen nicht vorhanden wären. Die Bindungen sind der Hauptgrund, warum Wasser interessante und ungewöhnliche chemische Eigenschaften aufweist.

• Wasserstoffbrücken reduzieren extreme Temperaturverschiebungen in der Nähe großer Gewässer.
• Durch die Wasserstoffbrückenbindung können sich Tiere unter Verwendung von Schweiß abkühlen, da so viel Wärme benötigt wird, um Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen aufzubrechen.
• Die Wasserstoffbindung hält Wasser in einem größeren Temperaturbereich in flüssigem Zustand als bei jedem anderen Molekül vergleichbarer Größe.
• Die Bindung verleiht Wasser eine außergewöhnlich hohe Verdampfungswärme, was bedeutet, dass erhebliche Wärmeenergie benötigt wird, um flüssiges Wasser in Wasserdampf umzuwandeln.

Wasserstoffbrückenbindungen in schwerem Wasser sind noch stärker als in normalem Wasser, das mit normalem Wasserstoff (Protium) hergestellt wurde. Die Wasserstoffbrückenbindung in tritiiertem Wasser ist noch stärker.