تعريف الرابطة الهيدروجينية
الرابطة الهيدروجينية عبارة عن تفاعل يتضمن ذرة هيدروجين تقع بين زوج من الذرات الأخرى التي لها صلة عالية بالإلكترونات مثل النيتروجين أو الأكسجين أو الفلور. إنه عامل جذب إلكتروستاتيكي بين مجموعتين قطبيتين. يحدث هذا عندما ترتبط ذرة الهيدروجين (H) بذرة عالية الكهربية مثل النيتروجين (N) أو الأكسجين (O) أو الفلور (F) ، وتختبر المجال الكهروستاتيكي لذرة أخرى عالية الكهربية قريبة.
يتم إزاحة الإلكترونات التي تشكل الرابطة التساهمية نحو الذرة الأكثر كهرسلبية. يحدث هذا عندما يكون هناك تكوين رابطة تساهمية بين عناصر عالية الكهربية وذرة الهيدروجين.
هذا يؤدي إلى تطوير شحنة موجبة جزئية على ذرة الهيدروجين مما يساعد في تكوين الرابطة مع الذرات الكهربية للجزيئات الأخرى. هذه رابطة هيدروجينية أضعف نسبيًا من الكوفال.
ما هي شروط الترابط الهيدروجيني؟
في الجزيء ، عندما ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة عالية الكهربية ، فإنها تجذب زوجًا مشتركًا من الإلكترونات أكثر وبالتالي تصبح هذه النهاية للجزيئات سالبة قليلاً بينما يصبح الطرف الآخر موجبًا قليلاً. يجذب الطرف السالب لجزيء واحد الطرف الموجب للآخر ونتيجة لذلك ، تتشكل رابطة ضعيفة بينهما. تسمى هذه الرابطة برابطة الهيدروجين.
إقرأ ايضا : ما هي الرابطة التساهمية
نتيجة للرابط الهيدروجيني ، تربط ذرة الهيدروجين الذرتين الكهربية في وقت واحد ، واحدة برابطة تساهمية والأخرى برابطة هيدروجينية. شروط الترابط الهيدروجيني هي:
يجب أن يحتوي الجزيء على ذرة عالية الكهربية مرتبطة بذرة الهيدروجين. كلما زادت الطاقة الكهربية كلما زاد استقطاب الجزيء.
يجب أن يكون حجم الذرة الكهربية صغيرًا. كلما كان الحجم أصغر ، زادت قوة الجذب الكهروستاتيكي.
آثار الروابط الهيدروجينية على العناصر
التجميع
توجد جزيئات الأحماض الكربوكسيلية على شكل ثنائى بسبب الرابطة الهيدروجينية. تم العثور على الكتل الجزيئية لهذه المركبات لتكون ضعف تلك المحسوبة من صيغتها البسيطة.
التفكك
في محلول مائي ، يتفكك HF ويعطي أيون ثنائي فلوريد بدلاً من أيون الفلوريد. هذا بسبب الترابط الهيدروجيني في HF. لا تشكل جزيئات HCl و HBr و HI رابطة هيدروجينية. هذا ما يفسر عدم وجود مركبات مثل KHCl2 و KHBr2 و KHI2.
أمثلة على الروابط الهيدروجينية
أ) الروابط الهيدروجينية في فلوريد الهيدروجين
يشكل الفلور الذي يحتوي على أعلى قيمة للكهرباء أقوى رابطة هيدروجينية.
ب) الروابط الهيدروجينية في الماء
يحتوي جزيء الماء على ذرة أكسجين عالية الكهرسلبية مرتبطة بذرة الهيدروجين. تجذب ذرة الأكسجين زوج الإلكترونات المشترك أكثر وتصبح هذه النهاية للجزيء سالبة بينما تصبح ذرات الهيدروجين موجبة.
ج) الروابط الهيدروجينية في الأمونيا
يحتوي على ذرة نيتروجين عالية الكهربية مرتبطة بذرات الهيدروجين.
د) الروابط الهيدروجينية في الكحول وحمض الكربوكسيل
الكحول هو نوع من الجزيئات العضوية التي تحتوي على مجموعة -OH. عادة ، إذا كان أي جزيء يحتوي على ذرة الهيدروجين متصلاً إما بالأكسجين أو النيتروجين مباشرة ، فإن الرابطة الهيدروجينية تتشكل بسهولة.
ه) الروابط الهيدروجينية في البوليمرات
يعتبر الترابط الهيدروجيني عاملاً مهمًا في تحديد الهياكل والخصائص ثلاثية الأبعاد التي تكتسبها البروتينات الاصطناعية والطبيعية. تلعب الروابط الهيدروجينية أيضًا دورًا مهمًا في تحديد بنية السليلوز وكذلك البوليمرات المشتقة مثل القطن أو الكتان.
إقرأ ايضا : ما هو الهيدروجين
أنواع الروابط الهيدروجينية
هناك نوعان من الروابط الهيدروجينية ، يصنفان على النحو التالي:
الروابط داخل الجزيئات
الروابط بين الجزيئات
عندما يحدث الترابط الهيدروجيني بين جزيئات مختلفة من نفس المركبات أو مركبات مختلفة ، فإنه يطلق عليه الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات.
على سبيل المثال - الرابطة الهيدروجينية في الماء والكحول والأمونيا وما إلى ذلك.
1. الروابط داخل الجزيئات
عندما يحدث الترابط الهيدروجيني بين جزيئات مختلفة من نفس المركبات أو مركبات مختلفة ، فإنه يسمى الترابط الهيدروجيني بين الجزيئات.
على سبيل المثال - الرابطة الهيدروجينية في الماء والكحول والأمونيا وما إلى ذلك.
2. الروابط بين الجزيئات
تسمى الرابطة الهيدروجينية التي تحدث داخل الجزيء نفسه الرابطة الهيدروجينية داخل الجزيئية.
يحدث في مركبات تحتوي على مجموعتين مثل أن المجموعة الأولى تحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة بذرة كهرسلبية والمجموعة الأخرى تحتوي على ذرة كهرسلبية للغاية مرتبطة بذرة كهربية أقل من المجموعة الأخرى.
تتكون الرابطة بين ذرات الهيدروجين لمجموعة واحدة مع ذرة كهربية أكثر من المجموعة الأخرى.
رابطة الهيدروجين المتماثلة
هذا نوع خاص من الروابط الهيدروجينية حيث يوضع البروتون عادة في المنتصف بين ذرتين متطابقتين. قوة الرابطة بين كل ذرة متساوية. الرابطة الهيدروجينية المتماثلة هي نوع من الرابطة ثلاثية الإلكترونات المكونة من أربعة مراكز. هذه الرابطة هي أيضًا أقوى بكثير مقارنة بالرابطة الهيدروجينية "العادية" وقوتها تشبه تقريبًا الرابطة التساهمية.
خصائص الروابط الهيدروجينية
الذوبان: الكحولات السفلية قابلة للذوبان في الماء بسبب الرابطة الهيدروجينية التي يمكن أن تحدث بين الماء وجزيء الكحول.
التقلبات: نظرًا لأن المركبات التي تشتمل على روابط هيدروجينية بين جزيئات مختلفة لها نقطة غليان أعلى ، لذا فهي أقل تطايرًا.
اللزوجة والتوتر السطحي: المواد التي تحتوي على الرابطة الهيدروجينية موجودة كجزيء مرتبط. لذلك يصبح تدفقهم صعبًا نسبيًا. لديهم لزوجة أعلى وتوتر سطحي مرتفع.
كثافة الجليد الأقل من الماء: في حالة الجليد الصلب ، تؤدي الرابطة الهيدروجينية إلى تكوين هيكل يشبه القفص من جزيئات الماء. في الواقع ، يرتبط كل جزيء ماء رباعي السطوح بأربعة جزيئات ماء. الجزيئات ليست معبأة بشكل وثيق كما هي في الحالة السائلة. عندما يذوب الجليد ، تنهار هذه الحالة مثل الهيكل وتقترب الجزيئات من بعضها البعض. وبالتالي ، بالنسبة لنفس كتلة الماء ، ينخفض الحجم وتزداد الكثافة. لذلك ، فإن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء عند 273 كلفن ، ولهذا السبب يطفو الجليد.
لماذا المركبات التي لها روابط هيدروجينية لها نقاط انصهار وغليان عالية؟
تظهر المركبات التي لها روابط هيدروجينية نقاط انصهار وغليان عالية بشكل غير طبيعي. ترجع درجة الانصهار والغليان العالية للمركب الذي يحتوي على روابط هيدروجينية إلى حقيقة أن هناك حاجة إلى بعض الطاقة الإضافية لكسر هذه الروابط.
ترجع نقطة الغليان العالية بشكل غير عادي لفلوريد الهيدروجين بين حمض الهالوجين إلى وجود رابطة هيدروجينية.
H2O سائل بينما H2S و H2Se و H2Te كلها غازات في درجة الحرارة العادية. في الماء ، يتسبب الارتباط الهيدروجيني في حدوث روابط في جزيئات الماء مما يؤدي إلى زيادة درجة غليان الماء عن تلك الموجودة في المركبات الأخرى.
تحتوي الأمونيا على نقطة غليان أعلى من PH3 لأن هناك رابطة هيدروجينية في NH3 ولكن ليس في PH3.
يحتوي الإيثانول على نقطة غليان أعلى من ثنائي إيثيل إيثر لأن هناك رابطة هيدروجينية في الإيثانول.