水素結合は、20 世紀初頭に物議を醸したトピックでした。しかし、20 世紀半ばには、従来の弱い水素結合の概念が理解され、水素という用語から発展して大衆に受け入れられました。強度が約 4 倍 (30 ～ 120 kcal mol-1) の範囲内で変化する共有結合とは異なり、水素結合は物理的および幾何学的特性の制約が少ない。水素結合の強度は 20 倍 (2 ～ 40 kcal mol−1) 異なります。
水素結合とは?
H結合とも呼ばれる水素結合は、主に、Hとして示される水素原子と、電気陰性度の高い原子または基との間の静電引力です。この複雑なシステムは、一般に Dn–H···Ac と表されます。ここで、極性共有結合は実線で示され、破線または点線は水素結合を示します。水素結合は、別々の分子間で容易に発生する可能性があるため、これらは分子間とも呼ばれます。
水素結合は、さまざまな要因に依存します。これらには、環境、ジオメトリとアクセプター原子、および特定のドナーの性質が含まれます。一般に、1 から 40 kcal/mol の間で変化します。その結果、共有結合またはイオン結合と比較して、水素結合は弱くなります。しかし、ファンデルワールス軍よりは強い。専門家は、水素結合を弱い化学結合の一種として分類しました.
水素結合
水素結合は、水素原子と電気陰性度の高い原子との間の双極子間相互作用によって引き起こされる分子間引力の一種である水素結合の定式化として説明されます。たとえば、化学的にH2Oとして表される水分子の場合、水素は電気陰性酸素原子に共有結合しています。さらに、水素結合は、分子間水素結合と分子内水素結合の 2 つの主要なカテゴリに分類されます。
- 分子間水素結合は、同じまたは異なる化合物を持つ異なる分子間で水素結合が発生する場所です。分子間水素結合の一般的な例には、アルコール、水、アンモニアなどの水素結合が含まれます。
- 分子内水素結合は、主に分子内で起こります。このタイプの水素結合は、2 つのグループを持つ化合物で発生します。 2つのグループのうち、1つのグループには水素原子があり、もう1つのグループには電気陰性度の高い原子があります。
水素結合の強さ
水素結合は、さまざまなパラメータで強度が異なります。それは弱い (1–2 kJ mol−1) から強い (イオン HF−2 で 161.5 kJ mol−1) まで始まります。以下が含まれます:
- F-H···:F (161.5 kJ/mol または 38.6 kcal/mol), HF-2, 二フッ化物によって独自に実証
- O-H···:N (29 kJ/mol または 6.9 kcal/mol), 水-アンモニアによって示される
- O-H···:O (21 kJ/mol または 5.0 kcal/mol)、水-水、アルコール-アルコールで示される
- N-H···:N (13 kJ/mol または 3.1 kcal/mol), アンモニア-アンモニアによって示される
- N-H···:O (8 kJ/mol または 1.9 kcal/mol)、水アミドによって実証
- OH+3···:OH2 (18 kJ/mol または 4.3 kcal/mol)
全体として、水素結合は、その強度が弱いファン デル ワールス力と堅牢な共有結合の間にあるため、弱い結合として説明されます。
ファンデルワールス軍
ファン デル ワールス力は、主に分子と原子の間の合計距離に依存する弱い分子間力として説明できます。これらの力は、荷電していない分子または原子間の相互作用が発生すると上昇します。たとえば、ファン デル ワールス力は、密集した 2 つの異なる粒子の分極のゆらぎから発生します。
ファン デル ワールス力には主に次の 3 種類があります。
- キーソムの交流
- デバイフォース
- ロンドン分散部隊
水素結合の例
以下は、水素結合の例です。
- 水:電気陰性度の高い酸素原子は、水分子の水素原子と結合します。電子の共有対は酸素原子に密接に引き付けられるため、分子の末端が負になるのに対し、水素原子は正に見えます。
- フッ化水素:水素結合において、フッ素は最も強い電気陰性度を特徴とする最強の水素結合を形成します。
- カルボン酸とアルコールの水素結合:アルコールは、-OH 基を持つ有機分子と呼ばれます。この場合、水素原子を持つ分子は、窒素または酸素に直接結合しています。その後、水素結合が容易になります。
- アンモニアの水素結合:水素原子に結合した電気陰性原子窒素があります。
- ポリマー内の水素結合:天然および合成タンパク質が獲得した 3D 構造と特性を決定するために、水素結合は重要な要素です。また、亜麻や綿などの派生ポリマーとともに、セルロース構造を定義する上でも重要な役割を果たします。
結論
水素結合は、水素原子と非常に電気陰性度の高い原子との間の双極子間相互作用によって生じる分子間引力の特別なクラスである水素結合を形成するプロセスとして説明できます。主に電気陰性原子と水素原子の間で発生します。強度が約 4 倍 (30 ～ 120 kcal mol-1) の範囲内で変化する共有結合とは異なり、水素結合は物理的および幾何学的特性の制約が少ない。水素結合の強度は 20 倍 (2 ～ 40 kcal mol−1) 異なります。
