Liên kết Hidro là gì? Đây là câu hỏi được rất nhiều người quan tâm. Chắc hẳn bạn đã biết, nước tồn tại ở 3 thể là rắn, lỏng, khí. Chúng có khối lượng riêng và nhiệt độ sôi khác nhau. Có được tính chất này là bởi liên kết Hydro. Hôm nay, hãy cùng Kangaroo.net.vn tìm hiểu những điều thú vị về liên kết Hydro nhé!
Khái niệm về liên kết Hidro
Liên kết Hidro là lực hút tĩnh điện chủ yếu giữa phân tử hydro (H) liên kết cộng hóa trị với một nguyên tử hoặc nhóm có độ âm điện cao hơn. Không chỉ vậy, nó còn liên kết với nhóm điện tích âm, đặc biệt như oxi, N, F.
Tính năng liên kết cộng hóa trị của liên kết hidro là có định hướng và mạnh. Chúng tạo ra các khoảng cách tương đương giữa các phân tử ngắn và thường liên quan đến đối tượng tương tác khác. Khi nguyên tố có độ âm điện cao hơn thì các tính năng này sẽ phản ứng tốt hơn.
Điều kiện để có liên kết Hydro
Điều kiện cần: Trong trường hợp phải có chứa nguyên tử H
Điều kiện đủ: H phải liên kết trực tiếp với nguyên tố có độ âm điện lớn và bản thân nguyên tố đó phải có cặp đôi electron tự do
Cách liên kết Hydro biểu diễn
Liên kết Hidro được biểu diễn dưới dạng: H…Y. Trong đó, khu vực dấu 3 chấm chính là dạng biểu diễn của liên kết Hydro
Cấu tạo của phân tử liên kết hydro trong nước
Khi ở áp suất tiêu chuẩn, nước có khối lượng riêng cao nhất ở 4 độ C là 1g/ m3. Khi ở nhiệt độ dưới 4 độ C, nước sẽ tiếp tục co giãn. Điều này có thể hiểu là khi trên 4 độ C, nước sẽ như các chất khác “nóng nở lạnh co”.Thế nhưng, khi nhiệt độ xuống dưới 4 độ C thì nước sẽ lạnh nở ra và nóng co lại. Có được đặc tính này là do hình thành các thể đặc biệt với các góc liên kết hydro 104 độ 45’. Trong điều kiện lạnh, các phân tử rời ra tạo thành các liên kết lục giác. Vì vật, tỷ trọng của nước đá sẽ nhẹ hơn tỷ trọng nước lạnh.
Các tính chất đặc trưng của liên kết Hydro
Tác động đến trạng thái của chất
Bạn có biết, liên kết hidro có 2 dạng là polime và dimer. H2O và HF cùng một số chất khác nhờ có liên kết hidro mà hình thành được các polime. Chúng có khối lượng lớn liên kết phức tạp khó linh động nên thường ở trạng thái lỏng hoặc rắn.
Chất có năng lượng liên kết hidro thường là ở các dạng polime và ngược lại. Nước đá ở thể rắn có thể nhiều liên kết hydro. Một phân tử nước tạo ra 4 phân tử nước khác nhau và chúng tạo thành tứ diện. Cấu trúc tứ diện này nhẹ hơn nước và có thể nổi lên trên mặt nước.
Tăng nhiệt độ nóng chảy
Khi nước chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, từ trạng thái lỏng sang hơi sẽ phải tốn thêm một phần năng lượng để bẻ gãy. Vì vậy, nhiệt độ cao hơn những chất không có liên kết hydro.
Ảnh hưởng đến độ băng tan
Khi tạo ra nhiều liên kết hidro của các phân tử chất tan với dung môi thì độ tan càng lớn. Trong phân tử OH, ancol tạo nhiều liên kết hydro trong nước. Alcol nhỏ OH lớn hơn rất nhiều lực liên kết mạnh hoàn tan tốt.
Độ phân li bị ảnh hưởng
Có nhiều liên kết hidro giữa phân tử hydro ít linh động nên khó điện li. Bởi vật, đường và ancol là chất không điện li.
Liên kết Hydro trong nước
Như chúng ta đã biết, các phân tử nước tương tác với nhau thông qua liên kết hydro. Chính vì lực hút phân tử lớn nên đây không phải liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hydro trong nước được tồn tại trong phần nhỏ của giây. Tiếp đó, các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này rồi chuyển sang liên kết với phân tử nước khác.
Liên kết hidro trong ADN
Liên kết hidro trong ADN được hình thành do sự xuất hiện cầu nối hydro giữa các phân tử. Trong AND, nguyên tử hydro không tách hẳn phân tử hydro và cũng không nhập vào phân tử nhận H. Nó chỉ chuyển động giữa 2 phân tử và hình thành nên 1 liên kết yếu. Khi đã phá vỡ liên kết hidro thì cấu hình không gian của phân tử bị thay đổi. Khi đó, phân tử bị mất đi chức năng sinh học.
Liên kết hidro trong ARN
Cũng giống như ADN, ARN cũng có cấu trúc xoắn. Những đoạn xoắn do bazo nito ở mạc đơn bắt cặp và bổ sung với nhau nhờ liên kết hydro. Tuy nhiên, mạch đơn của ARN thì lại không có liên kết hydro nên kém bền vững và chỉ tồn tại trong 1 thời gian ngắn.
Tính chất của liên kết hydro trong nước
Dựa trên nguyên nhân là nguyên tử hidro có đường kính nhỏ nên nó đóng vai trò quan trọng cho việc tạo ra các liên kết hydro trong nước. Trong thực tế, chỉ có hydro mới có thể đến gần nguyên tử Oxi một cách đầy đủ nhất. Các chất tương tự như nước phải kể đến như đihiđro sunfua (H2S) không thể tạo thành các liên kết. Vì chúng có số hiện điện tích quá nhỏ giữa các liên kết.
Nguyên nhân dẫn đến các tính chất của nước phải kể đến các chuỗi liên kết cầu nối hydro. Ví dụ, nước có số mol nhỏ hơn vào khoảng 18g/ mol vẫn có thể lỏng tiêu chuẩn. Ngoài ra, H2S tồn tại ở dạng khó cũng ở điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn hơn 4 độ C, vậy nên băng có thể nổi lên trên mặt nước. tất cả các tính chất này được giải thích nhờ vào liên kết hydro trong nước.
Công dụng của liên kết hydro trong nước
Liên kết hydro có rất nhiều tác dụng, trong đó có 6 công dụng sau:
- Liên kết H trong nước là một ứng dụng vô cùng quan trọng mặc dù chúng chỉ có 5% sức mạnh. Nhưng đó là một liên kết cộng hóa trị. Vì vậy, nó đủ ổn định các phân tử nước.
- Liên kết này giúp duy trì chất lỏng trong phạm vi diện rộng
- Thực tế, chúng phải mất thêm năng lượng để bẻ gãy liên kết nên nước ở nhiệt độ cao sẽ bị bay hơi. Đặc biệt, nó có nhiệt độ sôi cao hơn thì dihydro khác.
- Liên kết hydro làm cho băng đá nhẹ hơn nước lỏng. Vì vật, băng có thể nổi lên trên mặt nước.
- Liên kết hydro làm nước có thể bay hơi và làm cho hệ sinh thái trên mặt đất tuần hoàn một cách tự nhiên.
- Bảo vệ và chống lại sự thay đổi nhiệt độ cực đoan gồm các cơ quan nước và môi trường ẩm ướt. Đồng thời, điều chỉnh nhiệt độ trên toàn cầu.
Trên đây là những thông tin hữu ích và thú vị về liên kết hydro. Cám ơn bạn đã đọc bài!
