A hidrogénkötés vagy hidrogénkötés egy intermolekuláris vagy intramolekuláris erő járó atom a hidrogén és egy elektronegatív atommal, mint például az oxigén , a nitrogén és a fluoratom . A hidrogénkötés intenzitása közepes a kovalens kötés és a van der Waals-erők intenzitása között . (Általában a hidrogénkötések erősebbek, mint a van der Waals kölcsönhatások)
Eredetileg azt gondolták, hogy a hidrogénatom elektronja megoszlik a megkötött molekulák között, ezért ez a hidrogénkötés kvázikovalens. Ma már tudjuk, hogy 90% -ban elektrosztatikus. A kötés létrejöttéhez hidrogénkötés-donor és akceptor jelenlétében kell tartózkodni:
Ha hidrogénkötés jön létre, a két heteroatom körülbelül 0,25 nm távolságra helyezkedik el .
A kötés bizonyos molekulák polaritásának köszönhető (amelyek hidrogénatomot és még legalább egy másik elektronegatív atomot tartalmaznak ). Ha egy vízmolekulára vesszük a példát, ahol az oxigénatom elektronegatívabb, mint a két hidrogénatom, akkor ez jobban vonzza felé a kovalens kötésekben részt vevő elektronokat, mint az oldalán lévő hidrogénatomok. Ez azt jelenti, hogy az oxigénatomnak ekkor két részleges negatív töltése lesz, míg minden hidrogénatomnak részleges pozitív töltése van. A molekula ezután a töltéskülönbség miatt polarizálódik , mivel részleges töltéseinek bariscenterei nem keverednek össze (ebben az esetben apoláris lenne).
Ez a jelenség hatására a pozitív pólusok (hidrogénatomok) vonzódnak a negatív töltésű entitásokhoz (anion, negatív pólus stb. ), A negatív pólust (oxigén) pedig a pozitív töltésű entitások (kation, másik pólus pozitív pólusa). polarizált molekula stb. ). A vízmolekula ezért négy hidrogénkötést képes kialakítani, amelyek számos különleges tulajdonságát biztosítják számára.
A hidrogénkötések ezért léteznek a molekulákat alkotó különböző atomok közötti elektronegativitásbeli különbségek miatt.
Ezután létrejön a hidrogénkötés az összes olyan molekula között, amely rendelkezik a fent említett jellemzőkkel; például egy karbonsav (R-COOH) esetét vesszük figyelembe.
Vegye figyelembe, hogy az összes molekula az alkoholfüggvény szintjén kapcsolódik egymáshoz. Az „R” alkilgyöknek akkor nem csekély hatása lesz e kötés erősségére. Valójában a lánc hossza és összetétele kisebb-nagyobb mértékben polarizálja a hidrogén és az oxigén közötti kapcsolatot. Ha a H kötés (ahogyan ezt általánosabban nevezik) gyengül, akkor a kérdéses anyag molekulák közötti kohéziója és forráspontjának hőmérséklete is alacsonyabb lesz. Más szavakkal, kevesebb energiára lesz szükség (hő révén) a molekulák elválasztásához. Éppen ellenkezőleg, a víz (H 2 O), ammónia ( vizes NH3) vagy hidrogén-fluorid (HF), az XH kötés annyira polarizált, hogy a képződő H kötések abnormálisan magas forráspontot eredményeznek.
Egy másik illusztráció lehet a szilárd víz (jég). Ennek oka, hogy a vízmolekula a H kötés tipikus példája. A H kötések létrejönnek, így a víz folyékony állapota a legkompaktabb, míg a legtöbb más tiszta anyag esetében ez a szilárd állapot. A jégben a víz ugyanolyan tetraéderes szerkezetű (szerkezetét ezek a kötések teszik lehetővé), mint a folyékony vízben, de nagyobb térfogatot igényel. Ez az oka annak, hogy a jég nagyobb mennyiséget foglal el, mint a víz, azonos mennyiségben (a jégkocka a vízen úszik), és ezért a jég gyorsabban olvad, mint ahogy a víz szilárdvá válik.
Végül - és bár a felsorolás nem lehet teljes, mivel e kötés alkalmazási területe hatalmas - megemlítjük a polimerek esetét, mint például a polipara-fenilén-tereftalamid (ismertebb név Kevlar néven). A polimer láncok H kötésekkel kötődnek egymáshoz, így nagyon érdekes ellenállási tulajdonságokkal rendelkeznek. További információkért lásd Kevlar .
A hidrogénkötéseknek általában három típusa van (kovalens, tudva, hogy a dublettek 100 és 500 kJ · mol -1 között vannak ):
Egy nagyon erős kötésre példa az FH - F - a KHF 2-ben , körülbelül 212 kJ mol −1 . Azt gondolhatjuk, hogy ebben az esetben jobb F - M - F-et írni. Az F - H - F közötti teljes távolság csak 2,49 Å, és a különböző molekulák között 120 ° -os szög képződik.
Három fő jellemző határozza meg a hidrogénkötéseket, valamint azok interaktivitását: