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EIN Wasserstoffverbindung ist ein nicht kovalente Bindung zwischen a Elektronenpaar auf einem starken elektronegativ Atom (Sauerstoff, Stickstoff- oder Fluor) und einem benachbarten Wasserstoffatom, das an ein anderes stark elektronegatives Atom gebunden ist. Wasserstoffbrücken, auch H-Brücken genannt, treten unter anderem zwischen Wassermolekülen auf und sind dort von großer Bedeutung für die körperlich Wassereigenschaften (Schmelzpunkt/Siedepunkt; Oberflächenspannung). Sie kommen aber auch in vielen anderen Stoffen vor. Noch deutlich stärker sind Wasserstoffbrücken mit einem oder zwei Fluoratomen: Bei den Bifluorid-Ion sie nähern sich der Stärke von a kovalente Bindung.
Ist ein Wasserstoffatom an ein Atom gebunden mit einem sehr großen Elektronegativität, wie F, O oder N (in manchen Fällen sogar C), dann wird die Bindung stark Polar-. Das Elektronen Wolke verschiebt sich dann in Richtung F, O oder N und dieses Atom wird negativ geladen. Das Ergebnis ist, dass das an F, O oder N gebundene Wasserstoffatom positiv geladen wird. Da das Wasserstoffatom so klein ist, ist seine Ladung hoch konzentriert, so dass es auf ein benachbartes Dipolmolekül (oder sogar ein Dipol im gleichen Molekül) kann sehr nahe kommen. Die Wasserstoffbrückenbindungen sind im Vergleich zu anderen ungewöhnlich stark Dipol-Dipol-Kräfte.
(durch grüne Striche gekennzeichnet)
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Wasserstoffbrücken können auch zwischen Wasserstoffatomen und Elementen gebildet werden, die ein einsames Elektronenpaar aufweisen, beispielsweise F, O, N und Cl. Hier wird die Wasserstoffbrücke durch die Bildung einer polyzentrischen Molekülorbital (PCMO) über drei Atome: H, das Atom, an das H kovalent gebunden ist und das Atom, mit dem die Wasserstoffbrücke gebildet wird. Dies beinhaltet die p-orbital des Atoms mit dem freien Elektronenpaar eine wichtige Rolle spielen.
Aussehen
Wasserstoffbrücken treten unter anderem auf in Wasser und Ammoniak, und sie sorgen auch dafür, dass die beiden Stränge von DNA zusammenbleiben durch die komplementäre Basenpaare verbinden. Die Sekundärstrukturen von Protein, wie α-Helix und der β-Plattenstruktur (Faltblattstruktur), entstehen durch das Auftreten von Wasserstoffbrücken zwischen verschiedenen Peptidbindungen. Die Wasserstoffbrückenbindungen sind auch die treibende Kraft dafür, ob (Teile von) Molekülen hydrophil oder hydrophob sind oder nicht.
Wasserstoffbrücken kommen auch in Alkohole und Amine. Sobald ein Ethanolmolekül zwischen Wassermoleküle kommt, wird das Wasserstoffatom des the Hydroxylgruppe in Ethanol eine Wasserstoffbrücke mit einem H2O-Molekül. Dies setzt Energie frei (also ist es a exotherme Reaktion), 22 kJ pro Mol Bindungen.
Eine Sonderstellung nehmen intramolekulare Wasserstoffbrücken ein: Wasserstoffbrücken innerhalb desselben Moleküls. Sie führen in α-Hydroxysäuren. Im Gegensatz zu den intermolekularen Wasserstoffbrücken sind intramolekulare Brücken sehr stabil.
Einfluss auf Gewebeeigenschaften
Im Eis sind die Wasserstoffbrücken dafür verantwortlich, dass Eis bei 0°C eine kleinere Dichte hat dann Wasser bei 0°C. Die Wasserstoffbrücke O···H-O ist linear. Diese Tatsache und der vermeintliche sp3-Hybridisierung am O-Atom (tetraedrisch Ladungswolken) führt zur Eisbildung a Diamant ähnlich tetraedrisch Kristallstruktur hat einen relativ großen Leerraum zwischen den Wassermolekülen. Wenn Eis schmilzt, kollabiert diese Struktur teilweise und die Wassermoleküle rücken im Durchschnitt näher zusammen.
Das Auftreten von Wasserstoffbrückenbindungen hat auch einen Einfluss auf die Höhe des Siedepunktes der Verbindungen, in denen sie vorkommen. Wasser hat einen viel höheren Siedepunkt als aufgrund seiner Position in der Reihe H2X (mit X = S, Se, Te, Po) ist zu erwarten. Wasser ist zum Beispiel H2O ist eine Flüssigkeit, während H2S ist bei Raumtemperatur ein Gas.
Die Stärke der Wasserstoffbrücke zeigt ein deutliches Isotopeneffekt. Dies ist maßgeblich dafür verantwortlich, dass der Schmelzpunkt von schwerem Eis um mehrere Grad höher ist als der von normalem Eis und schweres Wasser erreicht seine höchste Dichte bei etwa 11°C statt etwa 4°C. Der Ersatz von Protonen durch Deuteronen beeinflusst die Art und Weise, wie sich Proteine falten.[1]
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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