Quelles sont les causes de la liaison hydrogène?

La liaison hydrogène se produit entre un atome d'hydrogène et un atome électronégatif (par exemple, l'oxygène, le fluor, le chlore). La liaison est plus faible qu'une liaison ionique ou une liaison covalente, mais plus forte que les forces de van der Waals (5 à 30 kJ / mol). Une liaison hydrogène est classée comme un type de liaison chimique faible.

Pourquoi les obligations d'hydrogène se forment

La raison pour laquelle la liaison hydrogène se produit est que l'électron n'est pas partagé également entre un atome d'hydrogène et un atome chargé négativement. L'hydrogène dans une liaison n'a toujours qu'un électron, alors qu'il faut deux électrons pour une paire d'électrons stable. Le résultat est que l'atome d'hydrogène porte une faible charge positive, il reste donc attiré par les atomes qui portent toujours une charge négative. Pour cette raison, la liaison hydrogène ne se produit pas dans les molécules avec des liaisons covalentes non polaires. Tout composé ayant des liaisons covalentes polaires a le potentiel de former des liaisons hydrogène.

Exemples d'obligations d'hydrogène

Des liaisons hydrogène peuvent se former au sein d'une molécule ou entre des atomes dans différentes molécules. Bien qu'une molécule organique ne soit pas requise pour la liaison hydrogène, le phénomène est extrêmement important dans les systèmes biologiques. Exemples de liaisons hydrogène:

• entre deux molécules d'eau
• tenant deux brins d'ADN ensemble pour former une double hélice
• polymères renforçants (par exemple, unité répétitive qui aide à cristalliser le nylon)
• former des structures secondaires dans les protéines, telles que l'hélice alpha et la feuille plissée bêta
• entre les fibres du tissu, ce qui peut entraîner la formation de rides
• entre un antigène et un anticorps
• entre une enzyme et un substrat
• liaison des facteurs de transcription à l'ADN

Liaison hydrogène et eau

Les liaisons hydrogène représentent certaines qualités importantes de l'eau. Même si une liaison hydrogène n'est que 5% aussi forte qu'une liaison covalente, elle suffit pour stabiliser les molécules d'eau.

• La liaison hydrogène fait que l'eau reste liquide sur une large plage de températures.
• Parce qu'il faut plus d'énergie pour rompre les liaisons hydrogène, l'eau a une chaleur de vaporisation inhabituellement élevée. L'eau a un point d'ébullition beaucoup plus élevé que les autres hydrures.

Il existe de nombreuses conséquences importantes des effets de la liaison hydrogène entre les molécules d'eau:

• La liaison hydrogène rend la glace moins dense que l'eau liquide, de sorte que la glace flotte sur l'eau.
• L'effet de la liaison hydrogène sur la chaleur de vaporisation contribue à faire de la transpiration un moyen efficace d'abaisser la température pour les animaux.
• L'effet sur la capacité thermique signifie que l'eau protège contre les changements de température extrêmes à proximité de grandes étendues d'eau ou d'environnements humides. L'eau aide à réguler la température à l'échelle mondiale.

Force des liaisons hydrogène

La liaison hydrogène est plus importante entre l'hydrogène et les atomes hautement électronégatifs. La longueur de la liaison chimique dépend de sa force, de sa pression et de sa température. L'angle de liaison dépend des espèces chimiques spécifiques impliquées dans la liaison. La force des liaisons hydrogène varie de très faible (1-2 kJ mol − 1) à très forte (161,5 kJ mol − 1). Voici quelques exemples d'enthalpies dans la vapeur:

F − H…: F (161,5 kJ / mol ou 38,6 kcal / mol)
O − H…: N (29 kJ / mol ou 6,9 kcal / mol)
O − H…: O (21 kJ / mol ou 5,0 kcal / mol)
N − H…: N (13 kJ / mol ou 3,1 kcal / mol)
N − H…: O (8 kJ / mol ou 1,9 kcal / mol)
HO − H…: OH₃⁺ (18 kJ / mol ou 4,3 kcal / mol)

_{Les références}

_{Larson, J. W .; McMahon, T. B. (1984). "Ion bihalure et pseudobihalure en phase gazeuse. Une détermination de résonance cyclotron ionique des énergies de liaison hydrogène dans les espèces XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN)". Chimie inorganique 23 (14): 2029-2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Obligations d'hydrogène très fortes". Revues de la Chemical Society 9 (1): 91-124.
Omer Markovitch et Noam Agmon (2007). "Structure et énergétique des coquilles d'hydratation hydronium". J. Phys. Chem. A 111 (12): 2253-2256.}