Useimmat ihmiset ovat tyytyväisiä ajatukseen ionisista ja kovalenttisista sidoksista, mutta eivät ole varmoja siitä, mitkä vety sidokset ovat, miten ne muodostuvat ja miksi ne ovat tärkeitä.
Tärkeimmät takeaways: vety sidokset
- Vety sidos on vetovoima kahden atomin välillä, jotka jo osallistuvat muihin kemiallisiin sidoksiin. Yksi atomeista on vety, kun taas toinen voi olla mikä tahansa sähköä negatiivinen atomi, kuten happi, kloori tai fluori.
- Vety sidoksia voi muodostua molekyylin sisällä olevien atomien tai kahden erillisen molekyylin välillä.
- Vety sidos on heikompi kuin ioninen sidos tai kovalenttinen sidos, mutta vahvempi kuin van der Waals -voimat.
- Vedosidoksilla on tärkeä rooli biokemiassa ja ne tuottavat monia veden ainutlaatuisia ominaisuuksia.
Vety Bond määritelmä
Vety sidos on eräänlainen houkutteleva (dipoli-dipoli) vuorovaikutus elektronegatiivin välillä atomi ja a vety atomi tullivarastossa toiseen elektronegatiiviseen atomiin. Tämä sidos sisältää aina vetyatomin. Vety sidokset voi tapahtua välillä molekyylit tai yhden molekyylin osissa.
Vety- sidoksella on taipumus olla vahvempi kuin van der Waalsin joukot, mutta heikompi kuin kovalenttiset sidokset tai ioniset sidokset. Se on noin 1/20 (5%) O-H: n välille muodostetun kovalenttisen sidoksen lujuudesta. Jopa tämä heikko sidos on kuitenkin riittävän vahva kestämään pieniä lämpötilanvaihteluita.
Mutta atomit ovat jo sitoutuneet
Kuinka vety voidaan houkutella toiseen atomiin, kun se on jo sitoutunut? Jonkin sisällä polaarinen sidos, sidoksen toisella puolella on edelleen pieni positiivinen varaus, kun taas toisella puolella on pieni negatiivinen sähkövaraus. Sidoksen muodostaminen ei neutraloi osallistujien atomien sähköistä luonnetta.
Esimerkkejä vety sidoksista
Vety sidoksia löytyy nukleiinihapoista emäsparien ja vesimolekyylien välillä. Tämän tyyppinen sidos muodostuu myös eri kloroformimolekyylien vedyn ja hiiliatomien, vedyn ja typen välillä vierekkäisten ammoniakkimolekyylien atomit, toistuvien alayksiköiden välillä polymeer nylonissa ja vedyn ja hapen välillä asetyyliasetoni. Moniin orgaanisiin molekyyleihin kohdistuu vety sidoksia. Vetysidos:
- Auta sitomaan transkriptiotekijöitä DNA: han
- Auttaa antigeeni-vasta-aineiden sitoutumista
- Järjestä polypeptidit sekundaarisiin rakenteisiin, kuten alfa-kierukka ja beeta-arkki
- Pidä kaksi DNA-juostetta yhdessä
- Sido transkriptiotekijät toisiinsa
Vedyn sitoutuminen veteen
Vaikka vedysidokset muodostuvat vedyn ja minkä tahansa muun sähköä negatiivisen atomin välillä, veden sisällä olevat sidokset ovat kaikkein yleisimpiä (ja jotkut väittävät, tärkeimmät). Vety sidokset muodostuvat vierekkäisten vesimolekyylien välillä, kun yhden atomin vety tulee oman molekyylinsä ja naapurinsa happiatomien väliin. Tämä tapahtuu, koska vetyatomi houkuttelee sekä omaa happea että muita happiatomeja, jotka tulevat riittävän lähelle. Happiytimessä on 8 "plus" -varausta, joten se houkuttelee elektroneja paremmin kuin vetyydin yhdellä positiivisella varauksellaan. Joten naapurihappomolekyylit kykenevät houkuttelemaan vetyatomeja muista molekyyleistä, muodostaen vetysidosten muodostumisen perustan.
Vesimolekyylien välillä muodostuneiden vety sidosten kokonaismäärä on 4. Jokainen vesimolekyyli voi muodostaa 2 vety-sidosta hapen ja molekyylin kahden vetyatomin välillä. Kaksi ylimääräistä sidosta voidaan muodostaa kunkin vetyatomin ja lähellä olevien happiatomien väliin.
Vety-sidoksen seurauksena vedysidoksilla on taipumus järjestyä tetraedrissä kunkin vesimolekyylin ympärille, mikä johtaa lumihiutaleiden tunnettuun kiderakenteeseen. Nestemäisessä vedessä vierekkäisten molekyylien välinen etäisyys on suurempi ja molekyylien energia on riittävän suuri, jotta vety sidokset usein venyvät ja rikkoutuvat. Kuitenkin jopa nestemäiset vesimolekyylit keskimäärin muuttuvat tetraedriseksi järjestelyksi. Vety-sidoksen takia nestemäisen veden rakenne järjestetään matalammassa lämpötilassa, paljon enemmän kuin muiden nesteiden. Vedositoutuminen pitää vesimolekyylejä noin 15% lähempänä kuin jos sidoksia ei olisi läsnä. Sidokset ovat pääasiallinen syy, jolla vedellä on mielenkiintoisia ja epätavallisia kemiallisia ominaisuuksia.
- Vety sitoutuminen vähentää äärimmäisiä lämpötilan muutoksia suurten vesistöjen lähellä.
- Vedositoutuminen antaa eläimille jäähtyä itsensä hikoilua käyttämällä, koska tarvitaan niin suuri määrä lämpöä vety sidosten katkaisemiseksi vesimolekyylien välillä.
- Vedositoutuminen pitää vettä nestemäisessä tilassaan laajemmalla lämpötila-alueella kuin millään muulla vastaavan kokoisella molekyylillä.
- Sidos antaa vedelle poikkeuksellisen korkean höyrystymislämmön, mikä tarkoittaa huomattavaa lämpöenergiaa nestemäisen veden muuttamiseksi vesihöyryksi.
Vety sidokset sisällä raskas vesi ovat jopa vahvempia kuin tavallisessa vedessä, joka on valmistettu normaalista vedystä (protium). Vety sitoutuminen tritioituun veteen on edelleen vahvempi.