Vetysidos
Vetysidos on happi- (O), typpi- (N) tai fluoriatomiin (F) liittyneen vetyatomin (H) ja toisen happi-, typpi- tai fluoriatomin vapaan elektroniparin välinen elektrostaattinen vetovoima.[1] Se on molekyylien välisistä vuorovaikutuksista vahvempi kuin van der Waals -vuorovaikutus ja dipoli-dipoli -vuorovaikutus, mutta heikompi kuin ioni-dipoli -vuorovaikutus. Vetysidokset ovat paljon heikompia kuin mitkään kovalenttiset sidokset.[1] Vetysidokset ovat tyypillisesti molekyylien välisiä (intermolekylaarisia), mutta voivat olla myös sisäisiä (intramolekylaarisia). Vetysidosta merkitään katkoviivalla.
Vetysidoksen vahvuus perustuu hyvin elektronegatiivisen alkuaineen (O, N, F) kykyyn vetää elektroneja pois vetyatomilta ja siten tuottaa vetyatomille positiivinen osittaisvaraus. Positiivisesti varautuneen vedyn ja kyseiseen vetyatomiin muutoin sitoutumattoman alkuaineen vapaan elektroniparin välille syntyy edelleen elektrostaattinen vuorovaikutus eli vetysidos.
Yksinkertaisimpia aineita, joissa molekyylien välillä esiintyy vetysidoksia, ovat vesi (H2O), ammoniakki (NH3) ja vetyfluoridi (HF). Vetysidoksen vuoksi nämä aineet ovat kiinteinä tai nesteinä ollessaan assosioituneet useamman molekyylin muodostamiksi yhdistelmiksi. Tämän vuoksi niiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat paljon korkeammat kuin muiden vety-yhdisteiden, joissa vetysidoksia ei ole.[2]
Vetysidos vedessä
muokkaaErityisen voimakas vetysidos on vedessä, koska vesimolekyylissä on toisaalta kaksi vetyatomia, toisaalta happiatomilla kaksi vapaata elektroniparia, jotka voivat vetysidoksella liittyä viereisten molekyylien vetyatomiin. Sitä vastoin vetyfluoridissa on vain yksi vetyatomi, ammoniakissa taas typellä vain yksi vapaa elektronipari, minkä vuoksi vetysidos on näissä aineissa heikompi.
Veden monet poikkeukselliset ominaisuudet
muokkaaJään nestemäistä vettä pienempi tiheys johtuu vetysidoksien tuottamasta kiderakenteesta. Jään pienemmästä tiheydestä johtuu myös, että jääpalaset voivat kellua veden pinnalla. Vesimolekyylien väliset vetysidokset aikaansaavat myös veden korkean koheesion, joka edelleen selittää muun muassa veden pintajännityksen.
Vetysidos orgaanisissa yhdisteissä
muokkaaVetysidoksia esiintyy myös monissa orgaanisissa yhdisteissä. Yksinkertaisimpia niistä ovat alkoholit ja karboksyylihapot, joissa osa vetyatomeista on sitoutunut happiatomiin. Tämän vuoksi näillä aineilla on paljon korkeampi sulamispiste kuin esimerkiksi sellaisilla hiilivedyillä, joilla on suunnilleen saman suuruinen molekyylipaino, mutta joissa vetysidoksia ei ole. Karboksyylihapot ovatkin nestetilassa assosioituneet vetysidosten välityksellä dimeereiksi.[3]
Vetysidokset ovat tärkeitä biokemiassa. Esimerkiksi DNA-molekyylin puoliskot ovat kiinni toisissaan tarkalleen oikeissa paikoissa olevilla vetysidoksilla, jolloin molekyyli tarvittaessa avautuu kuin vetoketju. Proteiinimolekyyleissä peptidiketjut ovat kiertyneet spiraalimaisiksi, ja vetysidos pitää kierteet avautumattomina[4]; vasta tällä tavoin laskostunut proteiini toimii. Vetysidos on elämän edellytys.
Eräiden materiaalien kuten kitiinin ja kevlarin vahvuus johtuu vetysidoksista, joissa amidivedyt muodostavat vetysidoksia toisiin samanlaisiin molekyyleihin, ja luovat vahvan vetysidosverkoston.
Lähteet
muokkaa- ↑ a b J.G. Smith, Organic Chemistry 2e, McGraw-Hill, 2007, ISBN 978-0-07-304986-1, (englanniksi)
- ↑ Matti Tiilikainen, Ilkka Virtamo: Kemia 1, s. 41–42. WSOY, 1978.
- ↑ Pentti Mälkönen: Orgaaninen kemia, s. 80, 121. Otava, 1979. ISBN 951-1-05378-7
- ↑ Mälkönen, s. 209
Aiheesta muualla
muokkaaKuvia tai muita tiedostoja aiheesta Vetysidos Wikimedia Commonsissa