پیوند هیدروژنی را بهتر درک کنیم

جاذبه بين مولکولي دربرخي از ترکيبات هيدروژن‌دار به طور غيرعادي قوي است اين جاذبه در ترکيباتي مشاهده مي‌شود که درآن ها بين هيدروژن و عناصري که اندازه کوچک و الکترونگاتيوي زياد دارند پيوند هيدروژني وجود دارد. پيوند هيدروژني نه تنها بين مولکول هاي يک نوع ماده، بلکه بين مولکول هاي دو ماده متفاوت که توانايي تشکيل پيوند هيدروژني را دارند نيز برقرار مي‌شود.

تعريف پيوند هيدروژني Hydrogen Bond

هرگاه هيدروژن به اتمي با الکترونگاتيوي زياد مثل فلوئور، اکسيژن يانيتروژن متصل گردد، شرايطي براي به وجود آمدن نوع بسياري مهمي جاذبه بين مولکولي مثبت ـ منفي حاصل مي‌شودکه به آن پيوند هيدروژنيمي‌گويند.

به عبارت ديگر، اتم يک مولکول هيدروژن و زوج الکترون غير مشترک مولکول ديگر متقابلا همديگر را جذب مي‌کنند و پيوندي تشکيل مي‌شود که به پيوند هيدروژني مرسوم است.

نحوه تشکيل پيوند هيدروژني

پيوند هيدروژني بر اثر جاذبه اتم هيدروژن اندک مثبت موجود در يک مولکول و اتم بسيار الکترونگاتيو موجود در مولکول ديگر (يا در محل ديگر همان مولکول اگر مولکول به قدر کافي بزرگ باشد که بتواند روي خود خم شود) توليد مي‌گردد.

جا به جا شدن يک جفت الکترون به سمت عنصر بسيار الکترونگاتيو نيتروژن، اکسيژن يا فلوئور باعث مي‌شود که اين اتم ها داراي بار منفي جزئي شوند. در اين صورت پيوند هيدروژني پلي است ميان دو اتم شديدا الکترونگاتيو با يک اتم هيدروژن که از طرفي به طور کوالانسي با يکي از اتم هاي الکترونگاتيو و از طرف ديگر بطور الکترواستاتيکي (جاذبه مثبت به منفي) با اتم الکترونگاتيو ديگر پيوند يافته است.

استحکام پيوند هيدروژني يک دهم تا يک پنجاهم قدرت يک پيوند کوالانسي متوسط است.

شرايط تشکيل پيوند هيدروژني

1. بالا بودن الکترونگاتيوي اتم هاي متصل به هيدروژن

برهمين اساس است که فلوئور (الکترونگاتيوترين عنصر) قويترين پيوند هيدروژني را تشکيل مي دهد و اکسيژن (الکترونگاتيوتر از نيتروژن) پيوند هيدروژني قويتري درمقايسه با نيتروژن تشکيل مي‌دهد.

هم چنين بار مثبت زياد بر روي اتم هيدروژن، زوج الکترون مولکول ديگر را به شدت جذب مي‌کند و کوچک بودن اندازه اتم هيدروژن سبب مي‌شود که ملکول دوم بتواند به آن نزديک شود.

2. کوچک بودن اتم هاي متصل به هيدروژن

پيوند هيدروژني واقعا مۆثر فقط در ترکيبات فلوئور، اکسيژن و نيتروژن تشکيل مي‌شود. با وجود اين که دو اتم نيتروژن و کلر الکترونگاتيوي برابر دارند چون اتم کلر از اتم نيتروژن بزرگ تر است بر خلاف نيتروژن، کلر پيوند هيدروژني ضعيفي تشکيل مي‌دهد.

توجيه خواص غيرعادي برخي از مواد

وجود خواص غيرعادي برخي از مواد در حالت جامد يا مايع از جمله بالا بودن دماهاي ذوب و جوش، نشان مي‌دهد که نيروهاي جاذبه بين مولکولي در آن ها به اندازه‌اي زياد است که نمي‌توان آن را به تأثيرهاي متقابل ضعيف بين مولکولي نسبت داد.آشناترين اين نوع مواد فلوئوريد هيدروژن، آب و آمونياک است که بسياري از خواص آن ها از جمله دماهاي جوش و ذوب آن ها از دماهاي جوش و ذوب ترکيب هاي مشابه خود به طور غيرمنتظره‌اي بالاتر است.

شايد تصور شود که علت اين وضعيت غير عادي، قطبيت به نسبت زياد اين مولکول هاست؛ البته تا اندازه‌اي همين طور است، اما بررسي دقيق اين پديده غير عادي نشان مي‌دهد که بايد نيروي جاذبه قوي تر از نيروهاي جاذبه دوقطبي _ دوقطبي بين مولکول هاي آن ها برقرار باشد.

اگر به ساختار الکتروني مولکولي آن ها توجه شود، مي‌توان به موردهاي مشترک بين آن ها پي برد:

اتم هايي که الکترونگاتيوي بالايي دارند با هيدروژن پيوند کوالانسي به شدت قطبي به وجود مي‌آورند به طوري که هيدروژن به ميزان قابل توجهي خصلت يک پروتون را پيدا مي‌کند.

جفت الکترون ناپيوندي و قابل واگذاري روي اتم H، اين امکان را پديد مي‌آورد که اتم هيدروژن در نقش پل، اتم‌هاي الکترونگاتيو دو مولکول را به يکديگر متصل کند و نيروي جاذبه‌ بين مولکولي بوجود مي‌آيد که به پيوند هيدروژني مرسوم است.