Водонична веза

Из пројекта Википедија

Уз дефиницију водоничне везе Ван дер Валсова интеракција (горе): Атом водоника, Н, хемијски је везан за атом А а атом В га привлачи ван дер Валсовом силом. Н-веза (доле): када атом В образује водоничну везу онда прилази атому водоника ближе него код ван дер Валсовог привлачења.

Водонична веза (Н-веза) је врста слабе хемијске везе засноване на електростатичком привлачењу између атома водоника и неког нуклеофилног атома који садржи слободне електронске парове. Ова веза је могућа када је водоник повезан ковалентном везом са атомом велике електронегативности (нпр. кисеоник, флуор, азот) при чему се парцијално наелектрисање јако делокализује на крајевима малих, компактних молекула овог типа. Иако компаративно слаба, водонична веза је око 5 пута јача од других, стандардних интеракција типа дипол-дипол.

Другим речима, Н-веза је енталпијски повољан, квази-линеарни водонични мост између два негативно поларизована неводонична атома, који доводи језгра неводоничних атома на растојање мање од збира хемијске везе донора и водоника и одговарајућих ван дер Валсових радијуса. ^[1]

H-O-H^...OH₂ - водонична веза између два молекула воде

O=C(R')-N(R)-H^...O=C(R')-N(R)-H - водонична веза између пептида.

Водоничне везе у води. Позитивни водоник с једног молекула воде привучен негативним кисеоником с другог, образује везу, слабију од хемијске али јачу од уобичајене међумолекулске. Зелене испрекидане линије означавају водоничну везу а стрелице су усмерене од водоника ка акцептору.

[уреди] Водонична веза у води

Код молекула воде, огољени атом водоника (огољен јер је електронски облак углавном сконцентрисан око атома кисеоника) због својих малих димензија може да приђе атому кисеоника у суседном молекулу када, због различитих наелетрисања, долази до релативно јаког привлачења међу њима. Та привлачна сила је доста слабија од оне која настаје у О-Н хемијској вези, али је знатно јача од уобичајеног међумолекулског привлачења. Пошто је у највећој мери условљена димензијама и наелетрисањем водоника, та нова међумолекулска веза се назива водонична веза. Још увек се дебатује о правом карактеру водоничне везе: да ли је делимично ковалентна као ‘стандардна’ хемијска веза или је чисто елетростатичка, као друге међумолекулске силе. Тај мешовити карактер чини је још увек мистериозном како за хемију тако и за физику, али и потпуно оригиналном природном појавом која се данас испитује бројним физичкохемијским методама.

Молекул воде може да образује четири водоничне везе: две као донор (давалац) и две као акцептор (прималац) водоника. Због карактеристичне расподеле наелектрисања око атома кисеоника, водоничне везе образују тетраедар у чијем центру је атом кисеоника. У леду је такав распоред очуван кроз целу кристалну решетку, те у чврстом стању сваки молекул воде има четири водоничне везе. У течној фази, међутим, због топлотног кретања, водоничне везе се стално образују и раскидају те сваки молекул у просеку образује 3,4 водоничне везе. То значи да већина молекула образује четири водоничне везе али има и оних са три (или мање). Молекули са мање од четири везе не морају бити у тетраедарском распореду у односу на околне молекуле те су, шупљине настале правилним тетраедарским уређењем, делимично попуњене. То доводи до повећања броја молекула по јединици запремине, т.ј., до пораста густине течности у односу на кристал. Дакле, аномална промена густине (опадање густине при топљењу леда) објашњава се смањењем броја водоничних веза у течности у односу на кристал. Због тога лед плива по површини воде а вода у природи мрзне од површине ка дну. Тиме се и при највећим хладноћама спречава комплетно мржњење великих водених маса (река, језера, мора) што омогућава опстанак воденим биљкама и животињама. Међутим, иста појава, ширење воде након преласка из течне у чврсту фазу доводи до пуцања цеви и флаша са водом, хаварија на бродовима окованих ледом у северним морима, угинућа биљака и животиња након замрзавања итд. Дакле, водоничне везе нису само куриозитет физичке хемије већ микроскопска појава са великим утицајем на живот на земљи и на цивилизацију.

Н-везе у леду и води. У леду четири водоничне везе око сваког молекула воде одржавају молекуле у правилном геометријском распреду чиме настаје кристална решетка. У води, због топлотног кретања, водоничне везе се непрекидно стварају и раскидају те има молекула и са мање од четири везе; ти молекули не морају да буду у правилном распореду те могу да испуне и шупљине које постоје у правилном кристалу. Због тога расте број молекула по јединици запремине те отуда и густина течности у односу на лед.

[уреди] Водонична веза у ДНК-у

Водоничне везе обезбеђују секундарну структуру ДНК и РНК. Образују се између комплементраних азотних база наспрамних ланаца ДНК, односно, наспрамно постављених делова једног ланца РНК.

Комплементарне базе у ДНК су:

аденин и тимин повезани помоћу две водоничне везе;
гуанин и цитозин који се повезују са три водоничне везе.

Разлика у РНК је у томе што је за аденин комплементарано везан урацил са две водоничне везе.

Природа ових везаје да су то слабе везе које се лако раскидају, али се и лако успостављају што је од великог значаја за нормално функционисање нуклеинских киселина, тиме и саме ћелије.