Mikä aiheuttaa vedyn sitoutumista?

Vety sitoutuminen tapahtuu välillä vety atomi ja sähköä negatiivinen atomi (esimerkiksi happi, fluori, kloori). Sidos on heikompi kuin ioninen sidos tai kovalenttinen sidos, mutta vahvempi kuin van der Waalsin joukot (5 - 30 kJ / mol). Vety sidos luokitellaan erään tyyppiseksi heikoksi kemialliseksi sidokseksi.

Syy vety-sidos tapahtuu, koska elektronia ei ole jaettu tasaisesti vetyatomin ja negatiivisesti varautuneen atomin välillä. Sidoksen vedyllä on silti vain yksi elektroni, kun taas vakaa elektronipari vie kaksi elektronia. Tuloksena on, että vetyatomissa on heikko positiivinen varaus, joten ne vetävät edelleen atomia, joilla on edelleen negatiivinen varaus. Tästä syystä vedyn sitoutumista ei tapahdu molekyyleissä, joissa on ei-polaarisia kovalenttisia sidoksia. Kaikilla yhdisteillä, joissa on polaarisia kovalenttisia sidoksia, on mahdollisuus muodostaa vety sidoksia.

Vety sidoksia voi muodostua molekyylin sisällä tai eri molekyylien atomien välillä. Vaikka orgaanista molekyyliä ei vaadita vedyn sitoutumiseen, ilmiö on erittäin tärkeä biologisissa järjestelmissä. Esimerkkejä vety-sidoksista ovat:

• kahden vesimolekyylin välillä
• pitämällä kaksi DNA-juostetta yhdessä kaksoiskierukan muodostamiseksi
• vahvistavat polymeerit (esim. toistuva yksikkö, joka auttaa kiteytymään nailonia)
• muodostaen sekundaarisia rakenteita proteiineissa, kuten alfa-kierre ja beeta-laskostettu levy
• kankaan kuitujen välillä, mikä voi johtaa ryppyjen muodostuminen
• antigeenin ja vasta-aineen välillä
• entsyymin ja substraatin välillä
• transkriptiotekijöiden sitoutuminen DNA: han

Vety sidokset edustavat joitain tärkeitä veden ominaisuuksia. Vaikka vety sidos on vain 5% yhtä vahva kuin kovalenttinen sidos, se riittää stabiloimaan vesimolekyylejä.

• Vety-sidos saa veden pysymään nestemäisenä laajalla lämpötila-alueella.
• Koska veden sidosten rikkominen vie ylimääräistä energiaa, veden höyrystymislämpö on epätavallisen korkea. Veden kiehumispiste on paljon korkeampi kuin muiden hydridien.

Vesimolekyylien välisen vedyn sitoutumisen vaikutuksilla on monia tärkeitä seurauksia:

• Vedositoutuminen tekee jäästä vähemmän tiheää kuin nestemäinen vesi, joten jää kelluu vedessä.
• Vety-sidoksen vaikutus lämpö höyrystymisessä auttaa tekemään hikoilusta tehokkaan tavan alentaa lämpötilaa eläimille.
• Vaikutus lämpökapasiteettiin tarkoittaa, että vesi suojaa äärimmäisiltä lämpötilanvaihteilta suurten vesistöjen lähellä tai kosteissa ympäristöissä. Vesi auttaa säätelemään lämpötilaa maailmanlaajuisesti.

Vety-sidos on merkittävin vedyn ja voimakkaasti elektronegatiivisten atomien välillä. Kemiallisen sidoksen pituus riippuu sen lujuudesta, paineesta ja lämpötilasta. Sidoskulma riippuu sidoksessa olevista tietyistä kemiallisista lajeista. Vety sidosten lujuus vaihtelee erittäin heikosta (1–2 kJ mol – 1) erittäin vahvaan (161,5 kJ mol – 1). Jotkut esimerkit ominaisentalpioiden höyryssä ovat:

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

_Viitteet

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Kaasufaasibhalidi- ja pseudobihalidi-ionit. Ionisyklotroniresonanssimääritys vedyn sidosenergioista XHY-lajeissa (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Epäorgaaninen kemia 23 (14): 2029 - 2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Erittäin vahvat vety sidokset". Chemical Society arvostelut 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch ja Noam Agmon (2007). "Hydroniumhydraatiokuorien rakenne ja energia J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}