Inleiding tot de Scheikunde

Termen

• waterstofbindingDe aantrekkingskracht tussen een gedeeltelijk positief geladen waterstofatoom dat vastzit aan een sterk elektronegatief atoom (zoals stikstof, zuurstof of fluor) en een ander nabijgelegen elektronegatief atoom.
• elektronegativiteitDe neiging van een atoom of molecuul om elektronen naar zich toe te trekken, dipolen te vormen, en zo bindingen te vormen.
• intermoleculairEen type interactie tussen twee verschillende moleculen.

Het vormen van een waterstofbrug

Een waterstofbrug is de elektromagnetische aantrekkingskracht die ontstaat tussen een gedeeltelijk positief geladen waterstofatoom dat aan een sterk elektronegatief atoom vastzit en een ander nabijgelegen elektronegatief atoom. Een waterstofbrug is een soort dipool-dipool interactie; het is geen echte chemische binding. Deze attracties kunnen optreden tussen moleculen (intermoleculair) of binnen verschillende delen van één molecuul (intramoleculair).

Waterstofbindingsdonor

Een waterstofatoom dat aan een relatief elektronegatief atoom vastzit, is een waterstofbindingsdonor. Dit elektronegatieve atoom is meestal fluor, zuurstof of stikstof. Het elektronegatieve atoom trekt de elektronenwolk van rond de waterstofkern aan en, door de wolk te decentraliseren, laat het waterstofatoom achter met een positieve partiële lading. Vanwege de kleine omvang van waterstof ten opzichte van andere atomen en moleculen, is de resulterende lading, hoewel slechts gedeeltelijk, sterker. In het molecuul ethanol is er één waterstofatoom gebonden aan een zuurstofatoom, dat zeer elektronegatief is. Dit waterstofatoom is een donor van waterstofbruggen.

Acceptor van waterstofbruggen

Een waterstofbrug ontstaat wanneer deze sterke partiële positieve lading een eenzaam elektronenpaar aantrekt op een ander atoom, dat de acceptor van de waterstofbrug wordt. Een elektronegatief atoom zoals fluor, zuurstof, of stikstof is een waterstofbrug acceptor, ongeacht of het gebonden is aan een waterstofatoom of niet. Een grotere elektronegativiteit van de waterstofbrug zorgt voor een sterkere waterstofbrug. Het diethylethermolecuul bevat een zuurstofatoom dat niet aan een waterstofatoom gebonden is, waardoor het een waterstofbrug-acceptor is.

Een waterstofatoom dat aan koolstof gebonden is, kan ook deelnemen aan waterstofbruggen als het koolstofatoom gebonden is aan elektronegatieve atomen, zoals het geval is in chloroform (CHCl3). Net als in een molecuul waar een waterstof aan stikstof, zuurstof of fluor is gebonden, trekt het elektronegatieve atoom de elektronenwolk van rond de waterstofkern aan en, door de wolk te decentraliseren, laat het waterstofatoom een positieve partiële lading achter.

Interactief: WaterstofbruggenOntdek de waterstofbruggen die zich vormen tussen polaire moleculen, zoals water. Waterstofbruggen worden weergegeven met stippellijnen. Laat de partiële ladingen zien en voer het model uit. Waar vormen zich waterstofbruggen? Probeer de temperatuur van het model te veranderen. Hoe verklaart het patroon van waterstofbruggen het rooster waaruit ijskristallen zijn opgebouwd?

Toepassingen voor waterstofbruggen

Waterstofbruggen komen voor in anorganische moleculen, zoals water, en organische moleculen, zoals DNA en eiwitten. De twee complementaire strengen van DNA worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen tussen complementaire nucleotiden (A&T, C&G). Waterstofbruggen in water dragen bij tot de unieke eigenschappen ervan, waaronder het hoge kookpunt (100 °C) en de oppervlaktespanning.

Waterdruppels op een bladDe waterstofbruggen die worden gevormd tussen watermoleculen in waterdruppels zijn sterker dan de andere intermoleculaire krachten tussen de watermoleculen en het blad, wat bijdraagt tot een hoge oppervlaktespanning en afzonderlijke waterdruppels.

In de biologie is intramoleculaire waterstofbinding deels verantwoordelijk voor de secundaire, tertiaire en quaternaire structuren van eiwitten en nucleïnezuren. De waterstofbruggen helpen de eiwitten en nucleïnezuren specifieke vormen te vormen en te behouden.