Lien de pont hydrogène

Pont hydrogène dans l'eau (h₂O), méthanol (cho₃OH), le fluorure d'hydrogène (HF) et l'ammoniac (NH₃₎

Qu'est-ce qu'une liaison de pont hydrogène?

La liaison du pont hydrogène est un type spécial d'interaction dipol-dipolo, appartenant aux forces de van der Waals, dans lesquelles un atome d'hydrogène rejoint deux ou plusieurs molécules sans être liée de manière covalente. On ne parle pas d'un compartiment électronique, mais d'un phénomène principalement électrostatique.

Comme son nom l'indique, l'hydrogène agit comme un pont, il doit donc être entre deux atomes. L'hydrogène est lié (H-X) à un atome très électronégatif (comme N, O et F), et aborde un autre atome électronégatif mais d'une molécule voisine. Il en résulte la formation du pont hydrogène x ··· H-x.

Notez que dans la représentation X ··· H-X, les points symbolisent le pont hydrogène, tandis que le script représente la liaison covalente entre H et X. Cela dit, regardons le pont hydrogène entre deux molécules d'eau, où x est l'atome d'oxygène: H₂Ou ··· H-oh (image inférieure).

Dans l'image ci-dessus, nous voyons que sept molécules d'eau restent ensemble grâce à leurs ponts d'hydrogène, représentés par des lignes bleues. Un pont hydrogène seul n'est pas très fort, mais quand il y en a des milliards, ils donnent des propriétés anormales et inattendues.

Caractéristiques du pont hydrogène

Compositionnel

Le pont hydrogène doit vraiment être représenté comme x '··· H-X, où x est ce qui est connu comme le donneur de pont hydrogène, car il est lié de manière covalente à l'hydrogène (il le donne).

Pendant ce temps, X 'est l'accepteur du pont hydrogène, présent dans une molécule voisine (le reçoit). Ainsi, nous avons un atome de donneur (X), un hydrogène (H) et un atome accepteur (x ') composant le pont hydrogène (x' ··· h-x).

Géométrique

Quand nous pensons à un pont, des surfaces plates ou cambrées viennent à l'esprit. Parce qu'il est supposé que les liens ne courbent pas, nous aurons alors deux distances: X ··· H et H-X, qui composent le pont hydrogène x ··· H-X.

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Entre ces deux distances, il y a un angle, qui est souvent 180 °; C'est-à-dire que les trois atomes de notre pont reposent sur la même ligne horizontale (ou verticale).

Lorsque l'angle est différent de 180 °, le pont X ··· H-X n'est plus droit ni linéaire, mais acquiert d'autres géométries.

D'un autre côté, les distances dans les ponts d'hydrogène ne sont pas identiques. La distance H-X est plus courte que X ··· H, qui peut être vue à l'image des molécules d'eau. Ainsi, par exemple, la distance H-X est généralement à 110 pm (1 · 10^-12m), tandis que l'autre distance x ··· h est à 160 pm.

Associatif

Une caractéristique particulière du pont hydrogène est qu'elle permet aux molécules d'être beaucoup plus associées les unes aux autres. Ils ne marchent pas de côté à un autre s'ignorant. Par conséquent, il établit un ordre momentané dans les seins des liquides; Et dans le cas des solides, ils contribuent à la définition de leurs cristaux.

Où nous voyons un pont hydrogène, nous pouvons penser à l'association et, par conséquent, dans un certain ordre (bien que dynamique et changeant) en échelles moléculaires.

Énergie

Briser un pont d'hydrogène n'est pas très difficile. Les molécules d'eau, par exemple, marchent et créant à chaque fois tout en se mobilisant. Mais en casser beaucoup d'entre eux en même temps impliquerait de désordonner un nombre infini de molécules. Nous parlons de fournir une telle énergie qui brise les moles de ces ponts d'hydrogène (6.02 · 10²³ X ··· H-x).

Ainsi, la force du pont hydrogène varie en fonction de l'identité et de la nature des molécules. Par exemple, la force du pont hydrogène ou de ··· H-O entre l'eau et l'alcool est de 5 kcal / mol: 5 kcal d'énergie est nécessaire pour briser une taupe de ce pont hydrogène en question.

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Exemples de ponts d'hydrogène

Eau

Au début, on a parlé de ponts d'hydrogène entre les molécules d'eau, mais l'effet qu'il a sur leurs propriétés n'a pas été mentionné. Grâce à eux, l'eau bouille à 100 ° C, laissant les points d'ébullition des molécules apparentées comme H₂S, qui bout à -60 ºC; ou h₂Je sais, faire bouillir à -41.25 ºC.

Cette différence épouvantable est due aux ponts d'hydrogène de l'eau, qui définissent également d'autres de leurs propriétés anormales, telles que leur énorme chaleur spécifique, les cristaux de glace, leur constante diélectrique, etc.

Éthanol

Ponts d'hydrogène dans un cristal d'éthanol

Voyons maintenant un autre pont hydrogène: celui entre les molécules d'éthanol, ch₃Ch₂Oh (ci-dessus). Notez comment les molécules sont hébergées₃Ch₂Oh de telle manière que leurs ponts d'hydrogène sont établis₃Ch₂Ho ··· hoch₂Ch₃ (pointillés).

Cependant, les molécules sont trop ordonnées de supposer que nous parlons d'éthanol liquide, mais constituent plutôt un verre (éthanol solide).

Le pont hydrogène décrit pour l'éthanol est similaire à celui des autres alcools, avec la différence que leurs squelettes gazéifiés peuvent entraver l'efficacité desdits ponts.

Acide acétique

Ponts à hydrogène entre deux molécules d'acide acétique. Source: Jynto, CC0, via Wikimedia Commons

Acide acétique, CHO₃COOH, est capable d'établir deux ponts d'hydrogène qui unissent deux molécules en même temps. Parce qu'ils sont deux molécules liées par les ponts d'hydrogène, nous parlons d'un dimère.

Notez que l'un de ces ponts hydrogène est C = O ··· H-O et l'autre O-H ··· O = C. L'acide acétique présente la particularité que dans la phase de vapeur, il existe comme ce dimère.

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Cellulose

Ponts d'hydrogène entre plusieurs chaînes de cellulose. Source: Laghi.L, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Voyons maintenant des ponts d'hydrogène plus diversifiés et multiples. La cellulose, un polymère naturel, se compose de chaînes composées de plusieurs unités de β-glucose.

Chaque chaîne reste fixée à une autre grâce à de nombreux ponts d'hydrogène (image supérieure), qui renforcent la cohésion entre les chaînes.

ADN

Ponts d'hydrogène entre les bases d'azote de l'ADN. Source: CNX OpenStax, CC par 4.0, via Wikimedia Commons

Jusqu'à présent, nous avons vu l'effet associatif des ponts d'hydrogène pour imposer l'ordre entre les molécules. Mais qu'en est-il d'une macromolécule? Dans une macromolécule, comme l'ADN, nous trouvons des ponts d'hydrogène internes ou intramoléculaires entre sa base de thymine, d'adénine, de guanine et de cytosine (ci-dessus) (ci-dessus).

Les ponts d'hydrogène intramoléculaire entre ces paires de bases azotés, font acquérir la molécule d'ADN une structure à double hélice, qui est idéale pour sa réplication. Si ces ponts d'hydrogène sont cassés par chauffage, la double hélice finira par s'ouvrir en deux segments ou bandes individuelles.

Les références

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