Cíl výuky
- Popsat vlastnosti vodíkové vazby.
Klíčové body
- Vodíková vazba je silná mezimolekulární síla, která vzniká, když se atom vodíku vázaný na elektronegativní atom přiblíží k blízkému elektronegativnímu atomu.
- Větší elektronegativita akceptoru vodíkové vazby vede ke zvýšení pevnosti vodíkové vazby.
- Vodíková vazba je jednou z nejsilnějších mezimolekulárních přitažlivostí, ale je slabší než kovalentní nebo iontová vazba.
- Vodíkové vazby jsou odpovědné za to, že drží pohromadě DNA, bílkoviny a další makromolekuly.
Termíny
- vodíková vazbaPřitažlivost mezi částečně kladně nabitým atomem vodíku připojeným k vysoce elektronegativnímu atomu (například dusíku, kyslíku nebo fluoru) a jiným blízkým elektronegativním atomem.
- elektronegativitaTendence atomu nebo molekuly přitahovat elektrony k sobě, vytvářet dipóly, a tím vytvářet vazby.
- mezimolekulováTyp interakce mezi dvěma různými molekulami.
Tvorba vodíkové vazby
Vodíková vazba je elektromagnetická přitažlivost, která vzniká mezi částečně kladně nabitým atomem vodíku připojeným k vysoce elektronegativnímu atomu a jiným blízkým elektronegativním atomem. Vodíková vazba je typem dipólově-dipólové interakce; nejedná se o skutečnou chemickou vazbu. K těmto přitažlivostem může docházet mezi molekulami (mezimolekulárně) nebo uvnitř různých částí jedné molekuly (intramolekulárně).
Donor vodíkové vazby
Atom vodíku připojený k relativně elektronegativnímu atomu je donorem vodíkové vazby. Tento elektronegativní atom je obvykle fluor, kyslík nebo dusík. Elektronegativní atom přitahuje elektronový oblak z okolí jádra vodíku a decentralizací tohoto oblaku zanechává atom vodíku s kladným částečným nábojem. Vzhledem k malé velikosti vodíku ve srovnání s ostatními atomy a molekulami je výsledný náboj, i když jen částečný, silnější. V molekule ethanolu je jeden atom vodíku vázán na atom kyslíku, který je velmi elektronegativní. Tento atom vodíku je donorem vodíkové vazby.
Akceptor vodíkové vazby
Vodíková vazba vzniká, když tento silný částečný kladný náboj přitahuje osamělý pár elektronů na jiném atomu, který se stává akceptorem vodíkové vazby. Elektronegativní atom, jako je fluor, kyslík nebo dusík, je akceptorem vodíkové vazby bez ohledu na to, zda je vázán na atom vodíku, či nikoli. Větší elektronegativita akceptoru vodíkové vazby vytvoří silnější vodíkovou vazbu. Molekula diethyletheru obsahuje atom kyslíku, který není vázán na atom vodíku, takže je akceptorem vodíkové vazby.
Vodík vázaný na uhlík se také může účastnit vodíkové vazby, pokud je atom uhlíku vázán na elektronegativní atomy, jako je tomu v chloroformu (CHCl3). Stejně jako v molekule, kde je vodík vázán na dusík, kyslík nebo fluor, přitahuje elektronegativní atom elektronový oblak z okolí jádra vodíku a decentralizací tohoto oblaku zanechává atom vodíku s kladným částečným nábojem.
Použití vodíkových vazeb
Vodíkové vazby se vyskytují v anorganických molekulách, jako je voda, a v organických molekulách, jako je DNA a bílkoviny. Dvě komplementární vlákna DNA drží pohromadě vodíkové vazby mezi komplementárními nukleotidy (A&T, C&G). Vodíkové vazby ve vodě přispívají k jejím jedinečným vlastnostem, včetně vysokého bodu varu (100 °C) a povrchového napětí.
V biologii jsou vnitromolekulární vodíkové vazby částečně zodpovědné za sekundární, terciární a kvarterní struktury proteinů a nukleových kyselin. Vodíkové vazby pomáhají proteinům a nukleovým kyselinám vytvářet a udržovat specifické tvary
.