Vodikova veza

Vodikova veza je međumolekulska veza koja nastaje između molekula u kojima je vodik vezan za atom visoke elektronegativnosti (F, O, N). Zajednički elektronski par u vezama H-F, H-O, H-N je toliko pomaknut na stranu elektronegativnog atoma, da dolazi do razdvajanja naboja (dipol). Pozitivni dio molekule (H⁺) privlači negativan kraj druge molekule pritom stvarajući međumolekulske veze. Vodikova veza je slabija od ionske ili kovalentne veze.

H-F∙∙∙∙∙H-F∙∙∙∙∙∙H-F: Djelimično pozitivno naelektrisani atomi hidrogena u molekuli vode, koje možemo posmatrati kao protone, veoma su malih dimenzija i u omotaču nemaju elektrona. Zhvaljujući tome, oni za razliku od drugih kationa, jako privlače negativno naelektrisane čestice, ne pokazujući pri tome nikakvo odbijanje između elektronskih omotača. Tako oni snažno privlače negativno naelektrisane krajeve dvije susjedne molekule vode i vezuju se za slobodne elektronske parove na atomima oksigena, stvarajući između molekula tzv. hidrogenove mostove. Ovakva veza nastala posredstvom hidrogenovih atoma zove se hidrogenova veza.).^[1][2][3][4]

Svaka molekula vode ima dva slobodna elektronska para na oksigenovom atomu i dva atoma hidrogena, te može obrazovati četiri hidrogenove veze sa četiri susjedne molekule vode.

S obzirom na to da molekula vode ima oblik tetraedra, možemo zamisliti da je za svaki rogalj vezana hidrogenovom vezom po jedna molekula vode. Utvrđeno je da i tečna voda ima, u izvjesnoj mjeri, izraženu tetraedarsku strukturu.

Hidrogenova veza se ne javlja samo kod molekula vode već i između drugih molekula u kojima je hidrogenov atom vezan za atom velike elektronegativnosti (atom fluora, kisika ili dušika).

Hidrogenova veza je slabija od jonske i kovalentne veze, ali je ipak dovoljno jaka da izazove asocijaciju (povezivanje) molekula, što ima za posljedicu izuzetno visoku tačku ključanja takvih materija.

Nastanak hidrogenovih veza između molekula bitno utječe na mnoga fizička svojstva materija: tačke ključanja i topljenja spojeva rastu; mijenja se topivost; raste gustina i viskoznost, itd.

Hidrogenova veza ima veliki značaj u živim organizmima, pošto omogućuje nastanak određenih molekulskih struktura nekih biološki važnih spojeva, kao što su bjelančevine i nukleinske kiseline. Tako naprimjer, u dvojnoj spirali DNK- jednoj od najvažnijih molekula u živim organizmima koja upravlja procesom biosinteze bjelančevina u ćelijama - veza između dva molekulska lanca koji stvaraju dvojnu spiralu ostvaruje se pomoću hidrogenove veze.).^[5][6]

Jačine vodikove veze:

• F−H···:F (155 kJ/mol)
• O−H···:N (29 kJ/mol)
• O−H···:O (21 kJ/mol)
• N−H···:N (13 kJ/mol)
• N−H···:O (8 kJ/mol)
• HO−H···:OH+
  3 (18 kJ/mol)

Vodikova veza nije prisutna samo među istovrsnim molekulama u kojima je vodik vezan za atom visoke elektronegativnosti. Ona se javlja i među različitim molekulama, naprimjer, između NH₃ i H₂O, čime se objašnjava rastvorljivost amonijaka u vodi.

Postojanje vodikove veze omogućava postojanje trodimenzionalne strukture proteina i postojanje dvostrukih spirala u molekulama nukleinskih kiselina (DNK)..^[7]

1. ^ Pimentel, G. The Hydrogen Bond Franklin Classics, 2018), ISBN 0343171600
2. ^ Jeffrey, G. A.; An introduction to hydrogen bonding; Oxford university press New York, 1997. ISBN 0195095499
3. ^ Jeffrey, G. A.; Saenger, W. Hydrogen bonding in biological structures; Springer: Berlin, 1994, 2012 Springer; ISBN 3540579036
4. ^ Steiner, Thomas (2002). "The Hydrogen Bond in the Solid State". Angew. Chem. Int. Ed. 41: 48–76. doi:10.1002/1521-3773(20020104)41:1<48::AID-ANIE48>3.0.CO;2-U.
5. ^ Nishio, M.; Hirota, M.; Umezawa, Y. The CH–π Interactions; Wiley-VCH, New York, 1998. • Wiley-VCH; 1998) ISBN 0471252905
6. ^ Nishio, M (2011). "The CH/[small pi] hydrogen bond in chemistry. "Title". Phys. Chem. Chem. Phys. 13: 13873–13900. doi:10.1039/c1cp20404a.
7. ^ Beijer, Felix H.; Kooijman, Huub; Spek, Anthony L.; Sijbesma, Rint P.; Meijer, E. W. (1998). "Self-Complementarity Achieved through Quadruple Hydrogen Bonding". Angew. Chem. Int. Ed. 37 (1–2): 75–78. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<75::AID-ANIE75>3.0.CO;2-R.