Hva forårsaker hydrogenbinding?

Hydrogenbinding skjer mellom a hydrogen atom og en elektronegativt atom (f.eks. oksygen, fluor, klor). Bindingen er svakere enn en ionebinding eller en kovalent binding, men sterkere enn van der Waals styrker (5 til 30 kJ / mol). En hydrogenbinding klassifiseres som en type svak kjemisk binding.

Grunnen hydrogenbinding oppstår er fordi elektronet ikke deles jevnt mellom et hydrogenatom og et negativt ladet atom. Hydrogen i en binding har fremdeles bare ett elektron, mens det tar to elektroner for et stabilt elektronpar. Resultatet er at hydrogenatom har en svak positiv ladning, så det forblir tiltrukket av atomer som fremdeles har en negativ ladning. Av denne grunn forekommer ikke hydrogenbinding i molekyler med ikke-polare kovalente bindinger. Enhver forbindelse med polare kovalente bindinger har potensial til å danne hydrogenbindinger.

Hydrogenbindinger kan dannes i et molekyl eller mellom atomer i forskjellige molekyler. Selv om et organisk molekyl ikke er nødvendig for hydrogenbinding, er fenomenet ekstremt viktig i biologiske systemer. Eksempler på hydrogenbinding inkluderer:

• mellom to vannmolekyler
• holder to DNA-tråder sammen for å danne en dobbel helix
• styrke polymerer (f.eks. gjentakende enhet som hjelper til med å krystallisere nylon)
• danner sekundære strukturer i proteiner, for eksempel alfa helix og beta-plissert ark
• mellom fibre i stoff, noe som kan resultere i rynkedannelse
• mellom et antigen og et antistoff
• mellom et enzym og et substrat
• binding av transkripsjonsfaktorer til DNA

Hydrogenbindinger utgjør noen viktige egenskaper ved vann. Selv om en hydrogenbinding bare er 5% så sterk som en kovalent binding, er det nok til å stabilisere vannmolekyler.

• Hydrogenbinding fører til at vann forblir flytende over et bredt temperaturområde.
• Fordi det tar ekstra energi å bryte hydrogenbindinger, har vann en uvanlig høy fordampnings varme. Vann har et mye høyere kokepunkt enn andre hydrider.

Det er mange viktige konsekvenser av virkningene av hydrogenbinding mellom vannmolekyler:

• Hydrogenbinding gjør isen mindre tett enn flytende vann is flyter på vann.
• Effekten av hydrogenbinding på varme av fordampning hjelper med å gjøre svette til et effektivt middel for å senke temperaturen for dyr.
• Effekten på varmekapasiteten betyr at vann beskytter mot ekstreme temperaturforskyvninger i nærheten av store vannmasser eller fuktige miljøer. Vann hjelper til med å regulere temperaturen i global skala.

Hydrogenbinding er mest betydelig mellom hydrogen og sterkt elektronegative atomer. Lengden på den kjemiske bindingen avhenger av dens styrke, trykk og temperatur. Bindingsvinkelen avhenger av den spesifikke kjemiske arten som er involvert i bindingen. Styrken til hydrogenbindinger varierer fra veldig svak (1–2 kJ mol − 1) til veldig sterk (161,5 kJ mol − 1). Noen eksempler entalpier i damp er:

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

_referanser

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Gassfase-bihalid- og pseudobihalidioner. En ionesyklotronresonansbestemmelse av hydrogenbindingsenergier i XHY-arter (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Uorganisk kjemi 23 (14): 2029–2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Meget sterke hydrogenbindinger". Chemical Society Reviews 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch og Noam Agmon (2007). "Struktur og energetikk av hydroniumhydratiseringsskallene". J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}