ترکیباتی که مولکول های آن ها از طریق پیوند هیدروژنی به همدیگر پیوسته‌اند، علاوه بر دارا بودن نقاط جوش بالا، به طور غیرعادی در دمای بالا ذوب می‌شوند و آنتالپی تبخیر، آنتالپی ذوب و گرانروی آن ها زیاد است.

چرا یخ شناور است؟

یخ روی آب شناور می‌ماند زیرا به هنگام انجماد، منبسط می‌شود. سبب این انبساط پیوند هیدروژنی میان مولکول‌های خمیده آب است. ساختار خمیده یا زاویه‌ای مولکول آب، ناشی از آرایش چهار وجهی چهار جفت الکترون در لایه ظرفیت یک اتم است.

پس آب مایع را می‌توان به صورت خوشه‌هایی از مولکول های آب تصورکرد، خوشه‌هایی که با پیوند هیدروژنی از مولکول های آب ساخته شده‌اند و دائم در حال حرکتند.

شمار مولکول ها در هر خوشه و سرعت حرکت خوشه‌ها به دما بستگی دارد. با سرد شدن آب، مجموعه‌هایی از مولکول های آب که به سرعت در حرکت‌اند، کند می‌شوند و در نقطه انجماد به یکدیگر قلاب شده، ساختمان سه بعدی منبسط شده‌ای را به وجود می‌آورند.

این ساختمان گسترده‌تر موجب می‌شود که تراکم یخ کمتر از آب باشد. ذوب شدن یخ در حدود 15% انرژی پیوند‌های هیدروژنی را می‌شکند و این امر سبب فرو ریختن ساختار می‌شود. در نتیجه مایعی متراکم حاصل می گردد.

چرا نقطه جوش آب بالا است؟

خاصیت عجیب دیگر آب نقطه جوش نسبتا زیاد آن است.

برای آن که یک مولکول به حالت بخار در آید باید انرژی جذب کند تا بتواند خود را از قید مولکول های دیگر آزاد کند. چون آب مایع با پیوند هیدروژنی به صورت خوشه‌هایی از مولکول‌ها در می‌آید برای شکسته شدن پیوند‌های هیدروژنی آن انرژی لازم است. اما همه پیوندهای هیدروژنی شکسته نمی‌شوند و خوشه‌هایی از مولکول های آب حتی در نزدیکی هزار درجه سانتیگراد هنوز وجود دارند.

وقتی آب گرم می‌شود آشفتگی گرمایی پیوند هیدروژنی را می‌گسلد تا آن که در بخار آب، فقط جزء کوچکی از شمار پیوندهای هیدروژنی موجود در آب مایع یا جامد باقی می‌ماند. اگر پیوند محکم میان مولکولی از قبیل پیوند هیدروژنی وجود نداشته باشد، مواد معمولا بنا به جرم مولکولی خود به جوش می‌آیند. جرم‌های مولکولی بزرگ تر برای جوش آمدن به دمای زیادتری نیازمندند عمدتا به این دلیل که ابرهای الکترونی بزرگ تر آسان تر و پیچیده می‌شوند و این امر منجر به نیروهای لاندن بین مولکولی قوی تر می‌شود.

كشش سطحی

پیوند هیدروژنی بین مولكول های آب باعث تشكیل غشای نسبتا محكمی در سطح آن می‌نمایند كه در نتیجه باعث می‌شود كه یك سوزن یا تیغ بر روی آب بماند یا برخی حشرات در سطح آب راه روند هم چنین این خاصیت باعث بالا رفتن آب از لوله‌های موئین می‌شود. كشش سطحی آب با افزایش دما به دلیل كم شدن پیوندهای هیدروژنی كاهش می‌یابد.

استفاده از آب به عنوان حلال

آب به دلیل ثابت دی‌الكتریك بالا و هم چنین داشتن قطبیت تركیبات یونی را در خود حل می‌كند. ثابت دی‌الكتریك بالای آب باعث كاهش نیروی جاذبه میان یون ها می‌شود. در نتیجه احتمال تركیب مجدد آن ها و خارج شدن به صورت رسوب را كم می‌كند. آب از معدود مایعاتی است كه می‌تواند در دمای اتاق مقدار زیادی از تركیبات یونی را در خود حل كند. هم چنین آب مواد مولكولی مانند متانول، آمونیاک، اوره و … را كه می توانند با آب پیوند هیدروژنی برقرار كنند هم در خود حل می‌كند.

کاربردهای پیوند هیدروژنی

پیوندهای هیدروژنی در بسیاری از مواد یافت می‌شوند پدیده‌هایی از قبیل چسبناک شدن آب‌نبات سفت، دیرتر خشک شدن الیاف پنبه‌ای از الیاف نایلونی‌، نرم شدن پوست با نایلونی، ناهنجارهای ظاهری در ماهیت آب، همگی ناشی از همین پیوندهای هیدروژنی است.

پیوند هیدروژنی در تعیین ساختار و خواص مولکول های سیستم‌های زنده نقش اساسی دارد.

اجزای مارپیچ آلفا در ساختار پروتئین‌ها و اجزای مارپیچ دوگانه در ساختار DNA توسط پیوند هیدروژنی به هم می‌پیوندند. تشکیل و گسسته شدن پیوندهای هیدروژنی در تقسیم یافتن و سنتز پروتئین‌ها توسط آن دارای اهمیت اساسی است.

DNA

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی