Définition et exemples de liaison hydrogène

La plupart des gens sont à l'aise avec l'idée des liaisons ioniques et covalentes, mais ne savent pas ce que sont les liaisons hydrogène, comment elles se forment et pourquoi elles sont importantes.

Points clés à retenir: Obligations d'hydrogène

• Une liaison hydrogène est une attraction entre deux atomes qui participent déjà à d'autres liaisons chimiques. L'un des atomes est l'hydrogène, tandis que l'autre peut être n'importe quel atome électronégatif, tel que l'oxygène, le chlore ou le fluor.
• Des liaisons hydrogène peuvent se former entre les atomes d'une molécule ou entre deux molécules distinctes.
• Une liaison hydrogène est plus faible qu'une liaison ionique ou une liaison covalente, mais plus forte que les forces de van der Waals.
• Les liaisons hydrogène jouent un rôle important en biochimie et produisent de nombreuses propriétés uniques de l'eau.

Définition de la liaison hydrogène

Une liaison hydrogène est un type d'interaction attractive (dipôle-dipôle) entre un atome électronégatif et un atome d'hydrogène lié à un autre atome électronégatif. Cette liaison implique toujours un atome d'hydrogène. Les liaisons hydrogène peuvent se produire entre des molécules ou à l'intérieur de parties d'une seule molécule.

Une liaison hydrogène a tendance à être plus forte que les forces de van der Waals, mais plus faible que les liaisons covalentes ou les liaisons ioniques. C'est environ 1 / 20e (5%) de la force de la liaison covalente formée entre O-H. Cependant, même cette liaison faible est suffisamment solide pour résister à de légères fluctuations de température.

Mais les atomes sont déjà liés

Comment l'hydrogène peut-il être attiré vers un autre atome alors qu'il est déjà lié? Dans une liaison polaire, un côté de la liaison exerce toujours une légère charge positive, tandis que l'autre côté a une légère charge électrique négative. La formation d'une liaison ne neutralise pas la nature électrique des atomes participants.

Exemples d'obligations d'hydrogène

Les liaisons hydrogène se trouvent dans les acides nucléiques entre les paires de bases et entre les molécules d'eau. Ce type de liaison se forme également entre l'hydrogène et les atomes de carbone de différentes molécules de chloroforme, entre l'hydrogène et les atomes d'azote des molécules d'ammoniac voisines, entre des sous-unités répétées dans le nylon polymère et entre l'hydrogène et l'oxygène dans l'acétylacétone. De nombreuses molécules organiques sont soumises à des liaisons hydrogène. Liaison hydrogène:

• Aide à lier les facteurs de transcription à l'ADN
• Aide à la liaison antigène-anticorps
• Organiser les polypeptides en structures secondaires, telles que l'hélice alpha et la feuille bêta
• Maintenez ensemble les deux brins d'ADN
• Lier les facteurs de transcription les uns aux autres

Liaison de l'hydrogène dans l'eau

Bien que des liaisons hydrogène se forment entre l'hydrogène et tout autre atome électronégatif, les liaisons dans l'eau sont les plus omniprésentes (et certains diront, les plus importantes). Des liaisons hydrogène se forment entre les molécules d'eau voisines lorsque l'hydrogène d'un atome se situe entre les atomes d'oxygène de sa propre molécule et celle de son voisin. Cela se produit parce que l'atome d'hydrogène est attiré à la fois par son propre oxygène et par d'autres atomes d'oxygène qui se rapprochent suffisamment. Le noyau d'oxygène a 8 charges «plus», il attire donc mieux les électrons que le noyau d'hydrogène, avec sa seule charge positive. Ainsi, les molécules d'oxygène voisines sont capables d'attirer des atomes d'hydrogène à partir d'autres molécules, formant la base de la formation de liaisons hydrogène.

Le nombre total de liaisons hydrogène formées entre les molécules d'eau est de 4. Chaque molécule d'eau peut former 2 liaisons hydrogène entre l'oxygène et les deux atomes d'hydrogène de la molécule. Deux liaisons supplémentaires peuvent être formées entre chaque atome d'hydrogène et les atomes d'oxygène à proximité.

Une conséquence de la liaison hydrogène est que les liaisons hydrogène ont tendance à s'organiser en tétraèdre autour de chaque molécule d'eau, conduisant à la structure cristalline bien connue des flocons de neige. Dans l'eau liquide, la distance entre les molécules adjacentes est plus grande et l'énergie des molécules est suffisamment élevée pour que les liaisons hydrogène soient souvent étirées et brisées. Cependant, même les molécules d'eau liquides font la moyenne d'un arrangement tétraédrique. En raison de la liaison hydrogène, la structure de l'eau liquide devient ordonnée à une température plus basse, bien au-delà de celle des autres liquides. La liaison hydrogène maintient les molécules d'eau environ 15% plus proches que si les liaisons n'étaient pas présentes. Les liaisons sont la principale raison pour laquelle l'eau présente des propriétés chimiques intéressantes et inhabituelles.

• La liaison hydrogène réduit les changements de température extrêmes à proximité de grandes étendues d'eau.
• La liaison hydrogène permet aux animaux de se refroidir en utilisant la transpiration, car une telle quantité de chaleur est nécessaire pour rompre les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau.
• La liaison hydrogène maintient l'eau à l'état liquide sur une plage de températures plus large que pour toute autre molécule de taille comparable.
• La liaison donne à l'eau une chaleur de vaporisation exceptionnellement élevée, ce qui signifie qu'une énergie thermique considérable est nécessaire pour transformer l'eau liquide en vapeur d'eau.

Les liaisons hydrogène dans l'eau lourde sont encore plus fortes que celles dans l'eau ordinaire faites à l'aide d'hydrogène normal (protium). La liaison hydrogène dans l'eau tritiée est encore plus forte.