Enamik inimesi on ioonsete ja kovalentsete sidemete ideega rahul, kuid pole kindel, mis on vesiniksidemed, kuidas need moodustuvad ja miks need on olulised.
Võtmeisikud: vesiniksidemed
- Vesinikside on külgetõmbejõud kahe aatomi vahel, mis juba osalevad teistes keemilistes sidemetes. Üks aatomitest on vesinik, teine võib olla ükskõik milline elektronegatiivne aatom, näiteks hapnik, kloor või fluor.
- Vesiniksidemed võivad moodustuda molekulisiseste aatomite vahel või kahe eraldi molekuli vahel.
- Vesinikside on nõrgem kui iooniline või kovalentne side, kuid tugevam kui van der Waalsi jõud.
- Vesiniksidemed mängivad olulist rolli biokeemias ja annavad palju vee ainulaadseid omadusi.
Vesiniksideme määratlus
Vesinikside on teatud tüüpi atraktiivne (dipool-dipool) interaktsioon elektronegatiivi vahel aatom ja a vesinik aatom liimitud teise elektronegatiivse aatomi juurde. See side hõlmab alati vesiniku aatomit. Vesiniksidemed võib esineda vahemikus molekulid või ühe molekuli osades.
Vesinikside kipub olema tugevam kui
van der Waalsi väed, kuid nõrgem kui kovalentsed sidemed või ioonilised sidemed. See on umbes 1/20 (5%) O-H vahel moodustatud kovalentse sideme tugevusest. Kuid isegi see nõrk side on piisavalt tugev, et taluda kerget temperatuuri kõikumist.Kuid aatomid on juba seotud
Kuidas saab vesinikku meelitada teise aatomi juurde, kui see on juba seotud? Sees polaarside, avaldab sideme üks külg endiselt väikest positiivset laengu, teisel küljel on aga väike negatiivne elektrilaeng. Sideme moodustamine ei neutraliseeri osalejate aatomite elektrilist olemust.
Vesiniksidemete näited
Vesiniksidemeid leidub nukleiinhapetes aluspaaride vahel ja veemolekulide vahel. Seda tüüpi side moodustub ka erinevate kloroformi molekulide vesiniku ja süsiniku aatomite, vesiniku ja lämmastiku vahel naabruses asuvate ammoniaagi molekulide aatomid, polümeeri nailonis korduvate subühikute ning vesiniku ja hapniku vahel aatomites atsetüülatsetoon. Paljud orgaanilised molekulid alluvad vesiniksidemetele. Vesinikside:
- Aidake siduda transkriptsioonifaktorid DNA-ga
- Abistab antigeeni ja antikeha sidumist
- Jaotage polüpeptiidid sekundaarseteks struktuurideks, näiteks alfa-heeliks ja beeta-leht
- Hoidke DNA kahte ahelat kokku
- Seostage transkriptsioonifaktorid üksteisega
Vesiniku sidumine vees
Kuigi vesiniksidemed tekivad vesiniku ja mis tahes muu elektronegatiivse aatomi vahel, on vees olevad sidemed kõige levinumad (ja mõned väidavad, et kõige olulisemad). Naaberveemolekulide vahel tekivad vesiniksidemed, kui ühe aatomi vesinik satub tema enda ja naabri molekuli hapnikuaatomite vahele. See juhtub seetõttu, et vesinikuaatomit köidavad nii tema enda hapnik kui ka muud piisavalt lähestikku paiknevad hapnikuaatomid. Hapniku tuumas on 8 "pluss" laengut, seega meelitab see oma ühe positiivse laenguga elektrone paremini kui vesiniku tuum. Niisiis, naabri hapniku molekulid on võimelised meelitama vesiniku aatomeid teistest molekulidest, moodustades vesiniksideme moodustumise aluse.
Veemolekulide vahel moodustuvate vesiniksidemete koguarv on 4. Iga veemolekul võib moodustada 2 vesiniksidet hapniku ja molekulis sisalduva kahe vesinikuaatomi vahel. Iga vesinikuaatomi ja lähedalasuvate hapnikuaatomite vahel saab moodustada veel kaks sidet.
Vesiniksideme tagajärg on see, et vesiniksidemed kipuvad iga vee molekuli ümber paiknema tetraeedris, mis viib lumehelveste üldtuntud kristallstruktuurini. Vedelas vees on külgnevate molekulide vaheline kaugus suurem ja molekulide energia on piisavalt kõrge, et vesiniksidemed sageli venivad ja purunevad. Kuid isegi vedelad veemolekulid muutuvad keskmiselt tetraeedriliseks. Vesiniksidemete tõttu saab vedela vee struktuur madalamal temperatuuril, mis ületab teiste vedelike struktuuri. Vesiniksideme abil hoitakse veemolekule umbes 15% lähemal kui siis, kui sidemeid poleks. Sidemed on peamine põhjus, miks veel on huvitavad ja ebatavalised keemilised omadused.
- Vesiniksidumine vähendab äärmuslikke temperatuuri nihkeid suurte veekogude läheduses.
- Vesiniksidemed võimaldavad loomadel end higistamise abil jahutada, sest vesimolekulide vaheliste vesiniksidemete purustamiseks on vaja nii suurt hulka soojust.
- Vesinikside hoiab vett vedelas olekus laiemas temperatuurivahemikus kui mis tahes muu võrreldava suurusega molekul.
- Liimimine annab veele erakordselt kõrge aurustumise kuumuse, mis tähendab, et vedela vee muutmiseks veeauruks on vaja märkimisväärset soojusenergiat.
Vesiniksidemed raske vesi on isegi tugevamad kui tavalises vees, mis on valmistatud tavalise vesiniku (protium) abil. Triigitud vees on vesinikside veel tugevam.