Водонична веза — разлика између измена
Садржај обрисан Садржај додат
м ispravljanje veza ka Commonsu |
. |
||
Ред 1:
{{fake image|<math chem>\overset{\color{Red}\delta+}\ce{H}-\overset{\color{Red}\delta-}\ce{Cl}\cdots\overset{\color{Red}\delta+}\ce{H}-\overset{\color{Red}\delta-}\ce{Cl}</math>|Ван дер Валсова интеракција|width=200px|align=right}}
[[Датотека:3D model hydrogen bonds in water.svg|right|thumb|Модел водоничних веза (1) између молекула [[Properties of water|воде]]]]
[[Датотека:NTCDI AFM2a.jpg|thumb|десно|[[Non-contact atomic force microscopy|AFM]] снимак [[napthalenetetracarboxylic diimide|нафталентетракарбоксил диимид]] молекула на сребром завршеном силикону, у међусобној интеракцији водоничним везама, на 77 -{K}-.<ref>{{cite journal|doi=10.1038/ncomms4931|title=Mapping the force field of a hydrogen-bonded assembly|journal=Nature Communications|volume=5|pages=3931|year=2014|last1=Sweetman|first1=A. M.|last2=Jarvis|first2=S. P.|last3=Sang|first3=Hongqian|last4=Lekkas|first4=I.|last5=Rahe|first5=P.|last6=Wang|first6=Yu|last7=Wang|first7=Jianbo|last8=Champness|first8=N.R.|last9=Kantorovich|first9=L.|last10=Moriarty|first10=P.|bibcode=2014NatCo...5E3931S|pmid=24875276|pmc=4050271}}</ref> („Водоничне везе” у горњој слици су преувеличане услед артефаката технике снимања.<ref>{{Cite journal|last=Hapala|first=Prokop|last2=Kichin|first2=Georgy|last3=Wagner|first3=Christian|last4=Tautz|first4=F. Stefan|last5=Temirov|first5=Ruslan|last6=Jelínek|first6=Pavel|date=2014-08-19|title=Mechanism of high-resolution STM/AFM imaging with functionalized tips|journal=Physical Review B|volume=90|issue=8|pages=085421|doi=10.1103/PhysRevB.90.085421|arxiv=1406.3562|bibcode=2014PhRvB..90h5421H}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hämäläinen|first=Sampsa K.|last2=van der Heijden|first2=Nadine|last3=van der Lit|first3=Joost|last4=den Hartog|first4=Stephan|last5=Liljeroth|first5=Peter|last6=Swart|first6=Ingmar|date=2014-10-31|title=Intermolecular Contrast in Atomic Force Microscopy Images without Intermolecular Bonds|journal=Physical Review Letters|volume=113|issue=18|pages=186102|doi=10.1103/PhysRevLett.113.186102|pmid=25396382|url=http://dspace.library.uu.nl:8080/handle/1874/307996|bibcode=2014PhRvL.113r6102H|deadurl=no|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180120232850/http://dspace.library.uu.nl:8080/handle/1874/307996|archivedate=2018-01-20|df=}}</ref>)]]
'''Водонична веза''' (-{H}--веза) је врста слабе хемијске везе засноване на електростатичком привлачењу између [[атом]]а [[водоник]]а и неког нуклеофилног атома који садржи слободне електронске парове. Ова веза је могућа када је водоник повезан [[ковалентна веза|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.
Линија 8 ⟶ 10:
:O=C(R')-N(R)-H<sup><font color=red>'''...'''</font></sup>O=C(R')-N(R)-H - ''водонична веза између пептида.
Водоничне везе могу да буду [[intermolecular|интермолекуларне]] (јављају се између засебних молекула) или [[intramolecular|интрамолекуларне]] (везе између делова истог молекула).<ref>{{GoldBookRef|file = H02899|title = hydrogen bond}}</ref> У зависности од природе атома донора и акцептора који сачињавају везу, њихове геометрија и окружења, енергија водоничне везе може да варира између 1 и 40 -{kcal/mol.}-<ref>{{cite journal|title = The Hydrogen Bond in the Solid State|journal = [[Angew. Chem. Int. Ed.]]|year = 2002|volume = 41|pages = 48–76|doi = 10.1002/1521-3773(20020104)41:1<48::AID-ANIE48>3.0.CO;2-U |last1 = Steiner|first1 = Thomas}}</ref> То их чини донекле јачим од [[van der Waals force|ван дер Валсових интеракција]], и слабијим од потпуних [[covalent bond|ковалентних]] или [[ionic bond|јонских веза]]. Овај тип везе се може јавити у неорганским молекулима као што је вода и у [[organic molecules|органским молекулима]] попут ДНК и протеина.
[[Датотека:vv_voda.jpg|десно|мини|'''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.]]▼
Интермолекуларне водоничне везе су одговорне за високу тачку кључања [[water|воде]] (100 °-{C}-) у поређењу са другим [[Hydrogen chalcogenide|хидридима 16 групе]] који имају знатно слабије водоничне везе.<ref>{{cite journal|journal=J. Am. Chem. Soc. |volume=93|issue=15|pages=3613–3620|author1=Sabin, John R. |title=Hydrogen bonds involving sulfur. I. Hydrogen sulfide dimer|doi=10.1021/ja00744a012|year=1971}}</ref> Интрамолекуларно водонично везивање је делом одговорно за [[secondary structure|секундарне]] и [[tertiary structure|терцијарне]] структуре [[протеин]]а и [[nucleic acid|нуклеинских киселина]]. Оно исто тако игра улогу у структури [[polymer|полимера]], синтетичких и природних.
Године 2011, једна [[IUPAC|Иупакова]] радна група је препоручила модерну дефиницију водоничног везивања базирану на евиденцији, која је објављена [[IUPAC]] часопису ''[[Pure and Applied Chemistry]]''. Та дефиниција специфицира:
{{quote|Водонична веза је привлачна интеракција између атома водоника са молекула или молекуларног фрагмента -{X–H}- у којој је X електронегативнији од -{H}-, и атома или групе атома у истом или различитом молекулу, код којих постоје докази о формирању везе.<ref name="arunen2011">{{cite journal|title = Definition of the hydrogen bond|journal = [[Pure Appl. Chem.]]|year = 2011|volume = 83|issue = 8|pages = 1637–1641|doi = 10.1351/PAC-REC-10-01-02 |last1 = Arunan|first1 = Elangannan|last2 = Desiraju|first2 = Gautam R.|last3 = Klein|first3 = Roger A.|last4 = Sadlej|first4 = Joanna|last5 = Scheiner|first5 = Steve|last6 = Alkorta|first6 = Ibon|last7 = Clary|first7 = David C.|last8 = Crabtree|first8 = Robert H.|last9 = Dannenberg|first9 = Joseph J.|last10 = Hobza|first10 = Pavel|last11 = Kjaergaard|first11 = Henrik G.|last12 = Legon|first12 = Anthony C.|last13 = Mennucci|first13 = Benedetta|last14 = Nesbitt|first14 = David J.}}</ref>}}
== Везивање ==
[[Датотека:Hydrogen Bond Quadruple AngewChemIntEd 1998 v37 p75.jpg|thumb|300px|An example of [[intermolecular]] hydrogen bonding in a [[molecular self-assembly|self-assembled]] dimer complex.<ref>{{cite journal| journal=[[Angew. Chem. Int. Ed.]] |title= Self-Complementarity Achieved through Quadruple Hydrogen Bonding| year= 1998|volume=37|issue=1–2 |pages= 75–78| doi=10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<75::AID-ANIE75>3.0.CO;2-R|last1= Beijer|first1= Felix H.|last2= Kooijman|first2= Huub|last3= Spek|first3= Anthony L.|last4= Sijbesma|first4= Rint P.|last5= Meijer|first5= E. W.}}</ref> The hydrogen bonds are represented by dotted lines.]]
[[File:Acetylacetone tautomerism.svg|thumb|300x300px|[[Intramolecular]] hydrogen bonding in [[acetylacetone]] helps stabilize the [[enol]] [[tautomer]].]]
{{рут}}
=== Дефиниције и опште карактеристике ===
A hydrogen atom attached to a relatively [[electronegativity|electronegative]] atom is the hydrogen bond ''donor''.<ref>{{cite book|last = Campbell|first = Neil A.|authorlink = |author2 = Brad Williamson|author3 = Robin J. Heyden|title = Biology: Exploring Life|publisher = Pearson Prentice Hall|year = 2006|location = Boston, Massachusetts|pages = |url = http://www.phschool.com/el_marketing.html|doi = |isbn = 978-0-13-250882-7|deadurl = no|archiveurl = https://web.archive.org/web/20141102041816/http://www.phschool.com/el_marketing.html|archivedate = 2014-11-02|df = }}</ref> C-H bonds only participate in hydrogen bonding when the carbon atom is bound to electronegative substituents, as is the case in [[chloroform]], CHCl<sub>3</sub>.<ref>{{cite journal|author1=Wiley, G.R. |author2=Miller, S.I. |doi=10.1021/ja00765a001|title=Thermodynamic parameters for hydrogen bonding of chloroform with Lewis bases in cyclohexane. Proton magnetic resonance study|year=1972|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=94|issue=10|pages=3287}}</ref> In a hydrogen bond, the electronegative atom not covalently attached to the hydrogen is named proton acceptor, whereas the one covalently bound to the hydrogen is named the proton donor. In the donor molecule, the H center is protic. The donor is a Lewis base. Hydrogen bonds are represented as H···Y system, where the dots represent the hydrogen bond. Liquids that display hydrogen bonding (such as water) are called '''associated liquids'''.
[[Image:WikipediaHDonorAcceptor.png|thumb|300px|right|Examples of hydrogen bond donating (donors) and hydrogen bond accepting groups (acceptors)]]
[[File:Acetic Acid Hydrogenbridge V.1.svg|thumb|300px|Cyclic dimer of acetic acid; dashed <span style="color:green;">'''green'''</span> lines represent hydrogen bonds]]
The hydrogen bond is often described as an [[electrostatic]] [[dipole-dipole interaction]]. However, it also has some features of [[covalent bond]]ing: it is directional and strong, produces interatomic distances shorter than the sum of the van der Waals radii, and usually involves a limited number of interaction partners, which can be interpreted as a type of [[Valence (chemistry)|valence]]. These covalent features are more substantial when acceptors bind hydrogens from more electronegative donors.
=== Јачина везе ===
Водоничне везе могу да варирају у јачини од слабих (1–2 -{kJ mol}-<sup>−1</sup>) до јаких (161,5 -{kJ mol}-<sup>−1</sup> у јону {{chem|link=Bifluoride|HF|2|-}}).<ref name=halide>{{cite journal|doi=10.1021/ic00182a010|title=Gas-phase bihalide and pseudobihalide ions. An ion cyclotron resonance determination of hydrogen bond energies in XHY- species (X, Y = F, Cl, Br, CN)|year=1984|last1=Larson|first1=J. W.|last2=McMahon|first2=T. B.|journal=Inorganic Chemistry|volume=23|issue=14|pages=2029–2033 }}</ref><ref>{{cite journal|author = Emsley, J.|title = Very Strong Hydrogen Bonds|journal = [[Chemical Society Reviews]]|year = 1980|volume = 9|issue = 1|pages = 91–124|doi = 10.1039/cs9800900091}}</ref> Typical [[Enthalpy|enthalpies]] in vapor include:
* -{F−H···:F}- (161.5 kJ/mol or 38.6 kcal/mol), illustrated uniquely by HF<sub>2</sub><sup>−</sup>, [[bifluoride]]
* -{O−H···:N}- (29 kJ/mol or 6.9 kcal/mol), illustrated water-ammonia
* -{O−H···:O}- (21 kJ/mol or 5.0 kcal/mol), illustrated water-water, alcohol-alcohol
* -{N−H···:N}- (13 kJ/mol or 3.1 kcal/mol), illustrated by ammonia-ammonia
* -{N−H···:O}- (8 kJ/mol or 1.9 kcal/mol), illustrated water-amide
* -{HO−H···}-: {{chem|OH|3|+}} (18 kJ/mol<ref>Data obtained using [[molecular dynamics]] as detailed in the reference and should be compared to 7.9 kJ/mol for bulk water, obtained using the same calculation.{{cite journal|title = Structure and energetics of the hydronium hydration shells|author1 = Markovitch, Omer|author2 = Agmon, Noam|journal = [[J. Phys. Chem. A]]|year = 2007|volume = 111|issue = 12|pages = 2253–2256|doi = 10.1021/jp068960g|pmid = 17388314|bibcode = 2007JPCA..111.2253M|url = http://www.fh.huji.ac.il/~agmon/Fullpaper/JPCA111-2253.pdf|deadurl = no|archiveurl = https://web.archive.org/web/20140813174617/http://www.fh.huji.ac.il/%7Eagmon/Fullpaper/JPCA111-2253.pdf|archivedate = 2014-08-13|df = |citeseerx = 10.1.1.76.9448}}</ref> or 4.3 kcal/mol)
=== Структурни детаљи ===
The -{X−}-H distance is typically ≈110 [[picometre|pm]], whereas the H···Y distance is ≈160 to 200 pm. The typical length of a hydrogen bond in water is 197 pm. The ideal bond angle depends on the nature of the hydrogen bond donor. The following hydrogen bond angles between a hydrofluoric acid donor and various acceptors have been determined experimentally:<ref>{{cite journal|doi=10.1039/CS9871600467|title=Angular geometries and other properties of hydrogen-bonded dimers: a simple electrostatic interpretation of the success of the electron-pair model|year=1987|last1=Legon|first1=A. C.|last2=Millen|first2=D. J.|journal=Chemical Society Reviews|volume=16|pages=467}}</ref>
{|class="wikitable" style="text-align:left"
|-
!Акцептор···донор||-{VSEPR}- геометрија||Угао (°)
|-
| -{HCN···HF}- ||linear||style="text-align:right"|180
|-
| -{H<sub>2</sub>CO···HF}- ||trigonal planar||style="text-align:right"|120
|-
| -{H<sub>2</sub>O···HF}- ||pyramidal||style="text-align:right"|46
|-
| -{H<sub>2</sub>S···HF}- ||pyramidal||style="text-align:right"|89
|-
| -{SO<sub>2</sub>···HF}- ||trigonal ||style="text-align:right"|142
|-
|}
=== Спектроскопија ===
Strong hydrogen bonds are revealed by downfield shifts in the [[proton NMR spectroscopy|<sup>1</sup>H NMR spectrum]]. For example, the acidic proton in the enol tautomer of [[acetylacetone]] appears at δ15.5, which is about 10 ppm downfield of a conventional alcohol.<ref>Friebolin, H., "Basic One- and Two- Dimensional NMR Spectroscopy, 4th ed.," VCH: Weinheim, 2008. {{ISBN|978-3-527-31233-7}}</ref>
In the IR spectrum, hydrogen bonding shifts the X-H stretching frequency to lower energy (i.e. the vibration frequency decreases). This shift reflects a weakening of the X-H bond. Certain hydrogen bonds - improper hydrogen bonds - show a blue shift of the X-H stretching frequency and a decrease in the bond length.<ref>{{cite journal |vauthors=Hobza P, Havlas Z |title=Blue-Shifting Hydrogen Bonds |journal=Chem. Rev. |volume=100 |issue=11 |pages=4253–4264 |year=2000 |doi=10.1021/cr990050q |pmid=11749346 }}</ref>
=== Теоријска разматрања ===
Hydrogen bonding is of continuing theoretical interest. According to a modern description O:H-O integrates both the intermolecular O:H lone pair ":" nonbond and the intramolecular -{H-O}- polar-covalent bond associated with O-O repulsive coupling.<ref>{{cite book|title= The Attribute of Water: Single Notion, Multiple Myths|year= 2016|isbn=978-981-10-0178-9|author= Sun, C. Q. |author2 = Sun, Yi }}</ref>
Quantum chemical calculations of the relevant interresidue potential constants (compliance constants) revealed large differences between individual H bonds of the same type. For example, the central interresidue N−H···N hydrogen bond between guanine and cytosine is much stronger in comparison to the N−H···N bond between the adenine-thymine pair.<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ja046282a|pmid=15600318|title=Direct Assessment of Interresidue Forces in Watson−Crick Base Pairs Using Theoretical Compliance Constants|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=126|issue=50|pages=16310–1|year=2004|last1=Grunenberg|first1=Jörg}}</ref>
Theoretically, the bond strength of the hydrogen bonds can be assessed using NCI index, [[non-covalent interactions index]], which allows a visualization of these [[non-covalent interactions]], as its name indicases, using the electron density of the system.
From interpretations of the [[anisotropy|anisotropies]] in the [[Compton scattering|Compton profile]] of ordinary ice that the hydrogen bond is partly covalent.<ref>{{cite journal|author=Isaacs, E.D.|journal= Physical Review Letters |doi=10.1103/PhysRevLett.82.600|title=Covalency of the Hydrogen Bond in Ice: A Direct X-Ray Measurement|year=1999|volume=82|issue=3|pages=600–603|bibcode = 1999PhRvL..82..600I |display-authors=etal}}</ref> However, this interpretation was challenged.<ref>{{Cite journal|last=Ghanty|first=Tapan K.|last2=Staroverov|first2=Viktor N.|last3=Koren|first3=Patrick R.|last4=Davidson|first4=Ernest R.|date=2000-02-01|title=Is the Hydrogen Bond in Water Dimer and Ice Covalent?|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=122|issue=6|pages=1210–1214|doi=10.1021/ja9937019|issn=0002-7863}}</ref>
Most generally, the hydrogen bond can be viewed as a [[metric (mathematics)|metric]]-dependent [[electrostatic]] [[scalar field]] between two or more intermolecular bonds. This is slightly different from the [[intramolecular]] [[bound states]] of, for example, [[covalent bond|covalent]] or [[ionic bond]]s; however, hydrogen bonding is generally still a [[bound state]] phenomenon, since the [[interaction energy]] has a net negative sum. The initial theory of hydrogen bonding proposed by [[Linus Pauling]] suggested that the hydrogen bonds had a partial covalent nature. This interpretation remained controversial until [[nuclear magnetic resonance|NMR techniques]] demonstrated information transfer between hydrogen-bonded nuclei, a feat that would only be possible if the hydrogen bond contained some covalent character.<ref>{{cite journal|title = Observation of through-hydrogen-bond (2h)J(HC') in a perdeuterated protein|journal = [[J Magn Reson]]|year = 1999|volume = 140|pages = 510–2|doi = 10.1006/jmre.1999.1899|pmid = 10497060|issue = 2|bibcode = 1999JMagR.140..510C |author1 = Cordier|first1 = F|last2 = Rogowski|first2 = M|last3 = Grzesiek|first3 = S|last4 = Bax|first4 = A}}</ref>
== Водонична веза у води ==
▲[[Датотека:vv_voda.jpg|
[[Датотека:Water_ice.png|десно|мини|'''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.]]▼
Код [[вода (молекул)|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 [[Međumolekulska sila|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 [[Физичка хемија|физичкохемијским]] методама.
Линија 19 ⟶ 83:
== Полимер ==
Полимер настаје у реакцији поливинил-алкохола и борне киселине који садрже огроман број водоничних веза. из разлога што се водоничне везе лако раскидају и поново везују полимер је веома растеглјив и познат под називом '''гума'''
▲[[Датотека:Water_ice.png|десно|мини|'''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.]]
== Водонична веза у ДНК-у ==
Линија 41 ⟶ 103:
== Референце ==
{{reflist|
== Литература ==
{{refbegin|}}
* George A. Jeffrey. ''An Introduction to Hydrogen Bonding (Topics in Physical Chemistry)''. Oxford University Press, USA (March 13, 1997). {{ISBN|0-19-509549-9}}
{{refend}}
== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Hydrogen bonding}}
* -{[http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/slideshows/bubblewall/index.html The Bubble Wall] (Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory explaining cohesion, surface tension and hydrogen bonds)}-
* -{[http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jcp/129/19/10.1063/1.3006032 isotopic effect on bond dynamics]}-
{{Хемијске везе}}
{{Authority control}}
{{DEFAULTSORT:Водонична веза}}
[[Категорија:Физичка хемија]]
| |||