Vetysidos

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Vesimolekyylit liittyvät toisiinsa vetysidoksilla.

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-ioni-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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jään kiderakenne. Harmaat katkoviivat tarkoittavat vetysidoksia
Vetysidoksia (1) vesimolekyylien välillä

Erityisen 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 Jään 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kahden etikkahappomolekyylin vetysidoksilla muodostama dimeeri
Vetysidoksia guanninin ja sytosiinin välillä, jotka ovat toinen DNA:ssa esiintyvistä emäspareista.

Vetysidoksia 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.

Lähdeviitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b J.G. Smith, Organic Chemistry 2e, McGraw-Hill, 2007, ISBN 978-0-07-304986-1, (englanniksi)
  2. Matti Tiilikainen, Ilkka Virtamo: Kemia 1, s. 41-42. WSOY, 1978.
  3. Pentti Mälkönen: Orgaaninen kemia, s. 80, 121. Otava, 1979. ISBN 951-1-05378-7.
  4. Mälkönen, s. 209