水素結合の定義と例
水素結合について知っておくべきこと
サイエンスフォトライブラリ/ゲッティイメージズ
ほとんどの人は、イオン結合と共有結合の概念には慣れていますが、水素結合とは何か、どのように形成され、なぜ重要なのかについてはよくわかっていません.
重要ポイント：水素結合
- 水素結合は、すでに他の化学結合に参加している 2 つの原子間の引力です。原子の 1 つは水素ですが、もう 1 つは酸素、塩素、フッ素などの任意の電気陰性原子です。
- 水素結合は、分子内の原子間または 2 つの別個の分子間で形成される場合があります。
- 水素結合は、イオン結合や共有結合よりも弱いですが、ファンデルワールス力よりも強いです。
- 水素結合は生化学において重要な役割を果たし、水のユニークな特性の多くを生み出します。
水素結合の定義
水素結合は、電気陰性の間の引力 (双極子間) 相互作用の一種です。 原子 そして 水素 原子 保税 別の電気陰性原子に。この結合には常に水素原子が含まれます。 水素結合 の間に発生する可能性があります 分子 または単一分子の一部内。
水素結合はより強くなる傾向があります。 ファンデルワールス軍 、しかしより弱い 共有結合 また イオン結合 .これは、O-H 間に形成される共有結合の約 1/20 (5%) の強度です。しかし、この弱い結合でも、わずかな温度変化には十分耐えられる強度があります。
しかし、原子はすでに結合しています
水素がすでに結合しているときに、どのようにして別の原子に水素を引き寄せることができますか?で 極性結合 、結合の片側はまだわずかに正の電荷を帯びていますが、反対側はわずかに負の電荷を持っています.結合を形成しても、参加原子の電気的性質は中和されません。
水素結合の例
水素結合は、核酸の塩基対間および水分子間に見られます。このタイプの結合は、異なるクロロホルム分子の水素原子と炭素原子の間、隣接するアンモニア分子の水素原子と窒素原子の間、ポリマー ナイロンの繰り返しサブユニット間、アセチルアセトンの水素と酸素の間でも形成されます。多くの有機分子は水素結合の影響を受けます。水素結合：
- 転写因子の DNA への結合を助ける
- 抗原抗体結合を助ける
- ポリペプチドをアルファヘリックスやベータシートなどの二次構造に編成する
- 2 本の DNA 鎖を一緒に保持する
- 転写因子を互いに結合する
水中の水素結合
水素結合は水素とその他の電気陰性原子の間に形成されますが、水中の結合が最も遍在しています (最も重要であると主張する人もいます)。水素結合は、1 つの原子の水素が、それ自身の分子の酸素原子とその隣の分子の酸素原子の間に来ると、隣接する水分子間に形成されます。これは、水素原子がそれ自体の酸素と十分に接近している他の酸素原子の両方に引き付けられるために発生します。酸素原子核は 8 つの「プラス」電荷を持っているため、単一の正電荷を持つ水素原子核よりも電子を引き付けます。したがって、隣接する酸素分子は、他の分子から水素原子を引き付けることができ、水素結合形成の基礎を形成します。
水分子間に形成される水素結合の総数は 4 です。各水分子は、酸素と分子内の 2 つの水素原子との間に 2 つの水素結合を形成できます。さらに 2 つの結合が、各水素原子と近くの酸素原子との間に形成されます。
水素結合の結果、水素結合は各水分子の周りに四面体に配置される傾向があり、よく知られている雪片の結晶構造につながります。液体の水では、隣接する分子間の距離が大きく、分子のエネルギーが十分に高いため、水素結合が引き伸ばされて切断されることがよくあります。ただし、液体の水分子でさえ、四面体配列に平均化されます。水素結合により、液体の水の構造は、他の液体よりもはるかに低い温度で秩序化されます。水素結合は、結合が存在しない場合よりも約 15% 近く水分子を保持します。結合は、水が興味深い珍しい化学的性質を示す主な理由です。
- 水素結合は、大きな水域の近くでの極端な温度変化を減らします。
- 水素結合は、水分子間の水素結合を破壊するために大量の熱が必要であるため、動物は汗をかいて体を冷やすことができます。
- 水素結合は、他の同程度の大きさの分子よりも広い温度範囲で水を液体状態に保ちます。
- この結合は水に非常に高い気化熱を与えます。つまり、液体の水を水蒸気に変えるにはかなりの熱エネルギーが必要です。
内部の水素結合 重水 通常の水素（プロチウム）を使った通常の水よりもさらに強力です。トリチウム水中の水素結合はさらに強力です。