Što uzrokuje vezanje vodika?

Vezanje vodika događa se između a vodik atom i an elektronegativni atom (npr. kisik, fluor, klor). Veza je slabija od ionske ili kovalentne veze, ali jača od snage van der Waalsa (5 do 30 kJ / mol). Vodikova veza klasificirana je kao vrsta slabe kemijske veze.

Razlog vezanje vodika događa se zato što se elektron ne dijeli ravnomjerno između atoma vodika i negativno nabijenog atoma. Vodik u vezi još uvijek ima samo jedan elektron, dok su za stabilan par elektrona potrebna dva elektrona. Rezultat toga je da vodikov atom nosi slab pozitivan naboj, pa ostaje privučen atomima koji i dalje nose negativan naboj. Iz tog razloga vodikovo vezanje ne dolazi u molekulama s nepolarnim kovalentnim vezama. Bilo koji spoj s polarnim kovalentnim vezama može stvoriti vodikove veze.

Vodikove veze mogu nastati unutar molekule ili između atoma u različitim molekulama. Iako organska molekula nije potrebna za vezanje vodika, fenomen je izuzetno važan u biološkim sustavima. Primjeri vezanja vodika uključuju:

• između dvije molekule vode
• držeći dva lanca DNA zajedno u obliku dvostruke spirale
• jačanje polimera (npr. ponavljajuća jedinica koja pomaže kristalizirati najlon)
• tvoreći sekundarne strukture u proteinima, kao što su alfa helix i beta ploča
• između vlakana u tkanini, što može rezultirati stvaranje bora
• između antigena i antitijela
• između enzima i supstrata
• vezanje faktora transkripcije na DNK

Vodikove veze predstavljaju neke važne kvalitete vode. Iako je vodikova veza samo 5% snažna kao kovalentna veza, dovoljno je za stabiliziranje molekula vode.

• Vezanje vodika uzrokuje da voda ostane tekuća u širokom temperaturnom rasponu.
• Budući da je potrebna dodatna energija za razbijanje vodikovih veza, voda ima neobično veliku toplinu isparavanja. Voda ima mnogo veću točku ključanja od ostalih hidrida.

Mnogo je važnih posljedica učinaka vezanja vodika između molekula vode:

• Vezanje vodika čini led manje gustim od tekuće vode, pa led pliva na vodi.
• Učinak vezanja vodika na toplina isparavanja pomaže da znojenje bude učinkovito sredstvo za snižavanje temperature životinja.
• Učinak na toplinski kapacitet znači da voda štiti od ekstremnih temperaturnih promjena u blizini velikih vodenih ili vlažnih okoliša. Voda pomaže u reguliranju temperature na globalnoj razini.

Vezanje vodika najznačajnije je između vodikovih i visoko elektronegativnih atoma. Duljina kemijske veze ovisi o njezinoj snazi, tlaku i temperaturi. Kut veze ovisi o specifičnoj kemijskoj vrsti koja je uključena u vezu. Jačina vodikovih veza kreće se od vrlo slabe (1–2 kJ mol-1) do vrlo jake (161,5 kJ mol-1). Neki primjer entalpije u paru su:

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

_Reference

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Bihalidni i pseudobihalidni ioni u plinskoj fazi. Ionsko ciklotronsko određivanje energije vodikove veze u vrstama XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Neorganska kemija 23 (14): 2029–2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Veoma jake vodikove veze". Recenzije kemijskog društva 9 (1): 91–124.
Omer Markovitch i Noam Agmon (2007). "Struktura i energija hidrata hidrata hidronije". J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253–2256.}