Lielākā daļa cilvēku ir apmierināti ar jonu un kovalento saišu ideju, tomēr nezināt, kas ir ūdeņraža saites, kā tās veidojas un kāpēc tās ir svarīgas.
Galvenās izņemtās preces: ūdeņraža obligācijas
- Ūdeņraža saite ir pievilcība starp diviem atomiem, kas jau piedalās citās ķīmiskajās saitēs. Viens no atomiem ir ūdeņradis, bet otrs var būt jebkurš elektronegatīvs atoms, piemēram, skābeklis, hlors vai fluors.
- Ūdeņraža saites var veidoties starp atomiem molekulā vai starp divām atsevišķām molekulām.
- Ūdeņraža saite ir vājāka par jonu saiti vai kovalento saiti, bet spēcīgāka par van der Waals spēkiem.
- Ūdeņraža saitēm ir liela nozīme bioķīmijā un tās rada daudzas ūdens unikālās īpašības.
Ūdeņraža saites definīcija
Ūdeņraža saite ir pievilcīgas (dipola-dipola) mijiedarbības veids starp elektronegatīvu atoms un a ūdeņradis atoms sasaistīts uz citu elektronegatīvu atomu. Šī saite vienmēr ietver ūdeņraža atomu. Ūdeņraža saites var notikt starp molekulas vai vienas molekulas daļās.
Ūdeņraža saite mēdz būt stiprāka par
van der Waals spēki, bet vājāks nekā kovalentās saites vai jonu saites. Tas ir aptuveni 1/20 (5%) kovalento saišu stiprības, kas veidojas starp O-H. Tomēr pat šī vāja saite ir pietiekami stipra, lai izturētu nelielas temperatūras svārstības.Bet atomi jau ir saistīti
Kā ūdeņradi var piesaistīt citam atomam, kad tas jau ir saistīts? Iekšā polārā saite, vienas saites puse joprojām rada nelielu pozitīvu lādiņu, bet otra puse - ar nelielu negatīvu elektrisko lādiņu. Saiknes izveidošana neitralizē dalībnieku atomu elektrisko raksturu.
Ūdeņraža saišu piemēri
Ūdeņraža saites ir atrodamas nukleīnskābēs starp bāzes pāriem un starp ūdens molekulām. Šāda veida saite veidojas arī starp dažādu hloroforma molekulu ūdeņradi un oglekļa atomiem, starp ūdeņradi un slāpekli kaimiņu amonjaka molekulu atomi, starp atkārtojošām apakšvienībām polimēru neilonā un starp ūdeņradi un skābekli acetilacetons. Daudzas organiskās molekulas ir pakļautas ūdeņraža saitēm. Ūdeņraža saite:
- Palīdziet saistīt transkripcijas faktorus ar DNS
- Palīdz antigēnu un antivielu saistīšana
- Organizējiet polipeptīdus sekundārajās struktūrās, piemēram, alfa spirālē un beta loksnē
- Turiet kopā abus DNS virzienus
- Saistiet transkripcijas faktorus savā starpā
Ūdeņraža saistīšana
Kaut arī ūdeņraža saites veidojas starp ūdeņradi un jebkuru citu elektronegatīvu atomu, saites ūdenī ir visuresošākās (un dažas varētu apgalvot, ka vissvarīgākās). Ūdeņraža saites veidojas starp blakus esošajām ūdens molekulām, kad viena atoma ūdeņradis nonāk starp savas un kaimiņvalsts molekulas skābekļa atomiem. Tas notiek tāpēc, ka ūdeņraža atoms tiek piesaistīts gan savam skābeklim, gan citiem skābekļa atomiem, kas nonāk pietiekami tuvu. Skābekļa kodolam ir 8 "plus" lādiņi, tāpēc tas ar vienu pozitīvo lādiņu piesaista elektronus labāk nekā ūdeņraža kodola. Tātad kaimiņu skābekļa molekulas spēj piesaistīt ūdeņraža atomus no citām molekulām, veidojot ūdeņraža saites veidošanās pamatu.
Kopējais ūdeņraža saišu skaits, kas veidojas starp ūdens molekulām, ir 4. Katra ūdens molekula var veidot 2 ūdeņraža saites starp skābekli un diviem ūdeņraža atomiem molekulā. Starp katru ūdeņraža atomu un tuvējiem skābekļa atomiem var izveidot papildu divas saites.
Ūdeņraža savienojuma sekas ir tādas, ka ūdeņraža saitēm ir tendence sakārtoties tetraedrā ap katru ūdens molekulu, kā rezultātā veidojas labi zināma sniegpārslu kristāla struktūra. Šķidrā ūdenī attālums starp blakus esošajām molekulām ir lielāks, un molekulu enerģija ir pietiekami liela, lai ūdeņraža saites bieži izstieptu un saplīst. Tomēr pat šķidrā ūdens molekulas veidojas tetraedriski. Sakarā ar ūdeņraža saiti šķidrā ūdens struktūra tiek sakārtota zemākā temperatūrā, tālu pārsniedz citu šķidrumu struktūru. Savienojot ar ūdeņradi, ūdens molekulas atrodas apmēram par 15% tuvāk nekā tad, ja saites nebūtu. Saites ir galvenais iemesls, kāpēc ūdenim piemīt interesantas un neparastas ķīmiskās īpašības.
- Savienošana ar ūdeņradi samazina ekstrēmas temperatūras izmaiņas lielās ūdenstilpēs.
- Savienošana ar ūdeņradi ļauj dzīvniekiem sevi atvēsināt, izmantojot svīšanu, jo tik liels siltuma daudzums ir nepieciešams, lai izjauktu ūdeņraža saites starp ūdens molekulām.
- Savienojot ar ūdeņradi, ūdens paliek šķidrā stāvoklī plašākā temperatūras diapazonā nekā jebkura cita salīdzināma izmēra molekula.
- Savienojot, ūdens iegūst īpaši augstu iztvaikošanas karstumu, kas nozīmē, ka, lai šķidru ūdeni pārvērstu ūdens tvaikos, ir nepieciešama ievērojama siltumenerģija.
Ūdeņraža saites smags ūdens ir pat stiprāki nekā parastā ūdenī, kas izgatavots, izmantojot parasto ūdeņradi (protium). Joprojām stiprāka ir ūdeņraža saite tritiātā ūdenī.