Ιδιότητες του δεσμού υδρογόνου

Με την απλούστερη ατομική δομή, το H2, το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και το τρίτο πιο παραγωγικό στοιχείο στην επιφάνεια της Γης. Είναι διατομικό μόριο στη στοιχειακή του κατάσταση, επομένως Η2. Το υδρογόνο βρίσκεται ευρέως στο περιβάλλον, όπως στο νερό και στον φλοιό της Γης. Έχει επίσης ισότοπα, τα οποία είναι στοιχεία από την οικογένεια του υδρογόνου με τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων αλλά μεταβλητό αριθμό νετρονίων.

Ο δεσμός υδρογόνου είναι η διαδικασία σχηματισμού δεσμών υδρογόνου που είναι μια ελκυστική διαμοριακή δύναμη μιας συγκεκριμένης κατηγορίας που προκύπτει από την αλληλεπίδραση διπόλου-διπόλου μεταξύ του ατόμου υδρογόνου και ενός εξαιρετικά ηλεκτραρνητικού ατόμου.

Τι είναι ο δεσμός υδρογόνου;

Ο δεσμός υδρογόνου μπορεί να περιγραφεί ως η ανάπτυξη δεσμών υδρογόνου. Ο δεσμός υδρογόνου λαμβάνει χώρα κυρίως μεταξύ ενός ηλεκτραρνητικού και ενός ατόμου υδρογόνου. Αν και ο δεσμός υδρογόνου είναι συγκριτικά ασθενέστερος, είναι ισχυρότερος από τις δυνάμεις Van der Waals. Πολλοί πιστεύουν ότι ο δεσμός υδρογόνου είναι ένας τύπος αδύναμου χημικού δεσμού.

Επιπλέον, ο δεσμός υδρογόνου ταξινομείται σε δύο κύρια μέρη:

Διαμοριακός δεσμός υδρογόνου: Ο διαμοριακός δεσμός υδρογόνου μπορεί να οριστεί ως όταν ο δεσμός υδρογόνου λαμβάνει χώρα μεταξύ διαφορετικών μορίων που έχουν είτε τις ίδιες είτε άλλες ενώσεις. Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα είναι οι δεσμοί υδρογόνου σε αλκοόλη, νερό και αμμωνία.

Ενδομοριακός δεσμός υδρογόνου: Ο ενδομοριακός δεσμός υδρογόνου μπορεί να οριστεί ως δεσμός υδρογόνου που λαμβάνει χώρα μόνο εντός του μορίου. Εμφανίζεται κυρίως σε ενώσεις που έχουν δύο ομάδες (μία του ατόμου υδρογόνου και άκρως ηλεκτραρνητικό άτομο.) 

Ιδιότητες του δεσμού υδρογόνου 

Ακολουθούν οι ιδιότητες του δεσμού υδρογόνου .

• Μεταβλητότητα: Ο δεσμός υδρογόνου είναι λιγότερο πτητικός καθώς οι ενώσεις με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ πολλών διαφορετικών μορίων έχουν υψηλότερο σημείο βρασμού.
• Διαλυτότητα: Δεδομένου ότι ο δεσμός υδρογόνου μπορεί εύκολα να πραγματοποιηθεί μεταξύ των μορίων αλκοόλης και νερού, η κατώτερη αλκοόλη είναι πιο διαλυτή στο νερό.
• Η πυκνότητα του πάγου είναι μικρότερη από αυτή του νερό :Στον πάγο, ο δεσμός υδρογόνου οδηγεί σε μια δομή που μοιάζει με κλουβί. Ωστόσο, κάθε μόριο νερού είναι στενά συνδεδεμένο με τα τέσσερα μόρια του νερού. Δεδομένου ότι τα μόρια βρίσκονται στην υγρή τους κατάσταση, δεν είναι συσκευασμένα στενά. Καθώς ο πάγος αρχίζει να λιώνει, η δομή που μοιάζει με θήκη αρχίζει επίσης να λιώνει και όλα τα μόρια έρχονται πιο κοντά το ένα στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και αν η μάζα του νερού είναι ίδια, η πυκνότητα αυξάνεται και ο όγκος μειώνεται.
• Επιφανειακή τάση και ιξώδες :Ουσίες με δεσμό υδρογόνου υπάρχουν ως το συσχετισμένο μόριο. Επομένως, η ροή τους είναι πολύ δύσκολη. Ωστόσο, έχουν μεγαλύτερο ιξώδες και επιφανειακή τάση.

Γιατί οι ενώσεις με δεσμούς υδρογόνου έχουν υψηλά σημεία τήξης και βρασμού;

Οι ενώσεις με δεσμούς υδρογόνου έχουν συνήθως υψηλά σημεία βρασμού και τήξης. Αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες των ενώσεων που συνδέονται με υδρογόνο χρειάζονται περισσότερη ενέργεια για να σπάσουν αυτούς τους δεσμούς.

• Δεδομένου ότι υπάρχει δεσμός υδρογόνου στο NH3 και δεν υπάρχει δεσμός υδρογόνου στο PH3, η αμμωνία έχει υψηλό σημείο βρασμού.
• Όταν βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου, το H2O είναι υγρό. Ωστόσο, τα H2S, H2Se και H2Te βρίσκονται σε αέρια κατάσταση. Δεδομένου ότι ο δεσμός υδρογόνου δημιουργεί συνδέσμους στα μόρια του νερού, οδηγεί σε υψηλότερο σημείο βρασμού και τήξης σε σύγκριση με άλλες χημικές ουσίες.
• Καθώς η αιθανόλη έχει δεσμούς υδρογόνου, το σημείο βρασμού της είναι υψηλότερο από τον διαιθυλαιθέρα.

Παραδείγματα δεσμών υδρογόνου 

Ο δεσμός υδρογόνου μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητός μέσω παραδειγμάτων. Ακολουθούν μερικά κοινά παραδείγματα δεσμών υδρογόνου:

• Δεσμός υδρογόνου σε υδροφθόριο: Δεδομένου ότι το φθόριο έχει την υψηλότερη τιμή ηλεκτραρνητικότητας, οδηγεί στο σχηματισμό του ισχυρότερου δεσμού υδρογόνου.
• Δεσμός υδρογόνου στο νερό: Ένα μόριο νερού έχει ένα εξαιρετικά ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου συνδεδεμένο με άτομα υδρογόνου. Εφόσον το άτομο οξυγόνου έλκει το κοινό ζεύγος του ηλεκτρονίου, το άκρο του γίνεται αρνητικό, ενώ το άτομο υδρογόνου γίνεται θετικό.
• Δεσμός υδρογόνου στην αμμωνία: Έχει ηλεκτραρνητικό άζωτο ατόμου συνδεδεμένο με άτομα υδρογόνου.
• Δεσμός υδρογόνου σε καρβοξυλικό οξύ και αλκοόλες: Το αλκοόλ αναφέρεται ως οργανικό μόριο με ομάδα -ΟΗ. Γενικά, σε περίπτωση που οποιοδήποτε μόριο έχει άτομο υδρογόνου είτε συνδέεται απευθείας με άζωτο είτε με οξυγόνο. Αργότερα, ο δεσμός υδρογόνου γίνεται ευκολότερος.
• Σύνδεση υδρογόνου στο πολυμερές: Προκειμένου να προσδιοριστούν οι τρισδιάστατες δομές και οι ιδιότητες που αποκτώνται από φυσικές και συνθετικές πρωτεΐνες, ο δεσμός υδρογόνου είναι ένας κρίσιμος παράγοντας. Παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της δομής της κυτταρίνης μαζί με τα παράγωγα πολυμερή, συμπεριλαμβανομένου του λιναριού ή του βαμβακιού.

Συμπέρασμα 

Οι ειδικοί ταξινομούν δεσμούς υδρογόνου ως τύπος αδύναμου χημικού δεσμού. Ωστόσο, γενικά περιγράφεται ως η ανάπτυξη δεσμών υδρογόνου που αποτελούν ειδική κατηγορία ελκτικής διαμοριακής δύναμης που προκύπτει λόγω της αλληλεπίδρασης διπόλου-διπόλου μεταξύ του ατόμου υδρογόνου και του εξαιρετικά ηλεκτραρνητικού ατόμου.

Περαιτέρω ταξινομείται σε δύο κύρια μέρη, συμπεριλαμβανομένου του διαμοριακού δεσμού υδρογόνου και του ενδομοριακού δεσμού υδρογόνου.