Kas izraisa ūdeņraža saistīšanos?

Ūdeņraža saite notiek starp a ūdeņradis atoms un an elektronegatīvs atoms (piemēram, skābeklis, fluors, hlors). Saite ir vājāka par jonu saiti vai kovalento saiti, bet stiprāka par van der Waals spēki (5 līdz 30 kJ / mol). Ūdeņraža saite tiek klasificēta kā vājas ķīmiskās saites veids.

Iemesls ūdeņraža savienošana rodas tāpēc, ka elektrons nav vienmērīgi sadalīts starp ūdeņraža atomu un negatīvi lādētu atomu. Ūdeņradī, kas atrodas saitē, joprojām ir tikai viens elektrons, kamēr stabilam elektronu pārim nepieciešami divi elektroni. Rezultātā ūdeņraža atoms satur vāju pozitīvo lādiņu, tāpēc tas joprojām tiek piesaistīts atomiem, kuriem joprojām ir negatīvs lādiņš. Šī iemesla dēļ molekulās ar nepolārām kovalentām saitēm ūdeņraža saite nenotiek. Jebkurš savienojums ar polārajām kovalentajām saitēm var veidot ūdeņraža saites.

Ūdeņraža saites var veidoties molekulā vai starp dažādu molekulu atomiem. Lai gan ūdeņraža saitei nav nepieciešama organiska molekula, šī parādība ir ārkārtīgi svarīga bioloģiskajās sistēmās. Ūdeņraža saites piemēri ir:

• starp divām ūdens molekulām
• turot kopā divus DNS virzienus, veidojas dubultā spirāle
• stiprinošie polimēri (piemēram, atkārtojošā vienība, kas palīdz kristalizēt neilonu)
• veidojot olbaltumvielās sekundāras struktūras, piemēram, alfa spirāli un beta kroku lapu
• starp auduma šķiedrām, kas var izraisīt grumbu veidošanās
• starp antigēnu un antivielu
• starp fermentu un substrātu
• transkripcijas faktoru saistīšana ar DNS

Ūdeņraža saites veido dažas svarīgas ūdens īpašības. Pat ja ūdeņraža saite ir tikai 5% tik stipra kā kovalentā saite, tas ir pietiekami, lai stabilizētu ūdens molekulas.

• Savienojot ar ūdeņradi, ūdens paliek šķidrs plašā temperatūras diapazonā.
• Tā kā ūdeņraža saišu sašķelšanai ir nepieciešama papildu enerģija, ūdenim ir neparasti augsts iztvaikošanas karstums. Ūdenim ir daudz augstāka viršanas temperatūra nekā citiem hidrīdiem.

Ūdeņraža saiknes ietekmei starp ūdens molekulām ir daudzas svarīgas sekas:

• Savienojot ar ūdeņradi, ledus ir mazāk blīvs nekā šķidrs ūdens, tāpēc ledus peld uz ūdens.
• Ūdeņraža saites ietekme uz karstums iztvaikošanas palīdz svīšanu padarīt par efektīvu līdzekli dzīvnieku temperatūras pazemināšanai.
• Ietekme uz siltumietilpību nozīmē, ka ūdens aizsargā pret ārkārtējām temperatūras izmaiņām lielu ūdenstilpņu tuvumā vai mitrā vidē. Ūdens palīdz regulēt temperatūru globālā mērogā.

Ūdeņraža saikne ir visnozīmīgākā starp ūdeņraža un ļoti elektronegatīviem atomiem. Ķīmiskās saites garums ir atkarīgs no tā stiprības, spiediena un temperatūras. Saites leņķis ir atkarīgs no īpašām ķīmiskām sugām, kas iesaistītas saitē. Ūdeņraža saišu stiprums svārstās no ļoti vāja (1–2 kJ mol-1) līdz ļoti spēcīgai (161,5 kJ mol – 1). Kāds piemērs entalpijas tvaikos ir:

F − H…: F (161,5 kJ / mol vai 38,6 kcal / mol)
O − H…: N (29 kJ / mol vai 6,9 kcal / mol)
O − H…: O (21 kJ / mol vai 5,0 kcal / mol)
N − H…: N (13 kJ / mol vai 3,1 kcal / mol)
N − H…: O (8 kJ / mol vai 1,9 kcal / mol)
HO − H…: OH₃⁺ (18 kJ / mol vai 4,3 kcal / mol)

_Atsauces

_{Larsons, Dž. W.; Makmahons, T. B. (1984). "Gāzes fāzes bihalīdu un pseidobihalīdu joni. Jonu ciklotrona rezonanses noteikšana ūdeņraža saišu enerģijās XHY sugās (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Neorganiskā ķīmija 23 (14): 2029–2033.}

_{Emslijs, Dž. (1980). "Ļoti spēcīgas ūdeņraža saites". Chemical Society Review 9 (1): 91–124.
Omers Markovitch un Noam Agmon (2007). "Hidronija hidratācijas apvalku uzbūve un enerģētika". Dž. Fiz. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}