molekullararası qüvvələrbiokimyafiziki-kimyamolekulyar fizika
Van der Waals-a qarşı hidrogen bağı
Bu müqayisə, iki əsas molekullararası cazibə qüvvəsi olan hidrogen rabitələri və Van der Waals qüvvələri arasındakı fərqləri araşdırır. Hər ikisi maddələrin fiziki xüsusiyyətlərini təyin etmək üçün vacib olsa da, elektrostatikaları, rabitə enerjisi və əmələ gəlməsi üçün tələb olunan spesifik molekulyar şərtlər baxımından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.
Seçilmişlər
Hidrogen rabitələri üçün spesifik "donor" atomları tələb olunur, Van der Waals qüvvələri isə universaldır.
Hidrogen rabitəsi suyun və buzun unikal xüsusiyyətlərindən məsuldur.
Molekulun ölçüsü və səth sahəsi böyüdükcə Van der Waals qüvvələri də artır.
Hidrogen rabitələri müvəqqəti Van der Waals dipollarından xeyli güclü və daha sabitdir.
Hidrogen Rabitəsi nədir?
Hidrogen azot, oksigen və ya flüor kimi yüksək dərəcədə elektronegativ atomlarla birləşdikdə meydana gələn güclü dipol-dipol cazibəsi.
Qarşılıqlı təsir növü: Güclü Dipol-Dipol
Əsas element: Hidrogen (proton donoru)
Güc: 5 ilə 30 kJ/mol
Tələb: H, N, O və ya F ilə birləşdirilmişdir
Təbiət: İstiqamətli və spesifik
Van der Waals Qüvvələri nədir?
Elektron sıxlığında müvəqqəti dalğalanmaların yaratdığı bütün atomlar və molekullar arasında zəif, universal cazibə qüvvələri.
Qarşılıqlı təsir növü: Dispersiya/İnduksiyalı Dipol
Əsas Faktor: Elektron buludunun polyarizasiyası
Güc: 0,4 ilə 4 kJ/mol
Tələb: Bütün atomlarda/molekullarda mövcuddur
Təbiət: Qeyri-istiqamətli və universal
Müqayisə Cədvəli
Xüsusiyyət
Hidrogen Rabitəsi
Van der Waals Qüvvələri
Nisbi Güc
Ən güclü molekullararası qüvvə
Ən zəif molekullararası qüvvə
İştirak edən maddələr
HN, HO və ya HF rabitələri olan molekullar
Bütün atomlar və molekullar
Daimilik
Daimi dipol qarşılıqlı təsiri
Tez-tez müvəqqəti və ya dəyişkən
Qaynama nöqtəsinə təsir
Qaynama nöqtələrini əhəmiyyətli dərəcədə artırır
Qaynama nöqtələrinə kiçik töhfə
Məsafədən Asılılıq
Qısa məsafələrdə hərəkət edir
Son dərəcə qısa məsafələrdə təsir göstərir
Biologiyada rol
DNT əsas cütləşməsi və zülal qatlanması
Membran sabitliyi və ferment bağlanması
Ətraflı Müqayisə
Qüvvənin Mənşəyi
Hidrogen rabitəsi, hidrogenin elektron sıxlığından çox elektronmənfi qonşu (N, O və ya F) tərəfindən təmizlənməsi zamanı yaranan daimi, güclü bir dipoldan yaranır. Bu, yaxınlıqdakı molekullardakı tək cütlərə güclü şəkildə cəlb olunan "çılpaq" bir proton buraxır. Van der Waals qüvvələri, xüsusən də London dispersiya qüvvələri, qonşu atomlarda oxşar yükləri induksiya edən ani, titrəyən dipollar yaradan elektronların daimi hərəkətindən qaynaqlanır.
Güc və Enerji Tərəziləri
Kimyəvi cazibə qüvvələri iyerarxiyasında hidrogen rabitələri tipik Van der Waals qüvvələrindən təxminən on dəfə güclüdür, lakin yenə də kovalent rabitələrdən xeyli zəifdir. Tək bir Van der Waals qarşılıqlı təsiri əhəmiyyətsiz olsa da, onlar böyük molekullarda (məsələn, polimerlərdə) güclü hala gələ bilər, burada minlərlə bu kiçik cazibə qüvvəsinin cəmi əhəmiyyətli bir ümumi qüvvəyə bərabərdir.
Fiziki Xüsusiyyətlərə Təsir
Hidrogen rabitəsinin mövcudluğu suyun otaq temperaturunda qaz deyil, maye olmasını izah edir; bu güclü cazibə qüvvələrini qırmaq üçün əhəmiyyətli istilik tələb olunur. Əksinə, Van der Waals qüvvələri neon kimi nəcib qazların və ya metan kimi polyar olmayan molekulların mayeləşməsinin yeganə səbəbidir, baxmayaraq ki, bu, yalnız qüvvənin zəifliyi səbəbindən son dərəcə aşağı temperaturda baş verir.
Xüsusiyyət və İstiqamət
Hidrogen rabitələri yüksək istiqamətlidir, yəni rabitənin ən güclü olması üçün atomlar müəyyən bir həndəsədə düzülməlidir ki, bu da DNT-nin ikiqat spiral quruluşu üçün çox vacibdir. Van der Waals qüvvələri istiqamətsiz və universaldır; onlar, toxunmaq üçün kifayət qədər yaxın olduqları təqdirdə, istiqamətindən asılı olmayaraq bütün hissəciklərə təsir edən "yapışqan" bir örtük kimi hərəkət edirlər.
Üstünlüklər və Eksikliklər
Hidrogen Rabitəsi
Üstünlüklər
+Maye suyu təmin edir
+Mürəkkəb həyat formalarını sabitləşdirir
+Bağlamada yüksək spesifiklik
+Proqnozlaşdırıla bilən istiqamət həndəsəsi
Saxlayıcı
−Xüsusi elektronegativ atomlar tələb edir
−Qütb molekulları ilə məhdudlaşır
−İstilikdən asanlıqla pozulur
−Yüksək enerji xərcləri qırılma üçün
Van der Waals
Üstünlüklər
+Hər maddə üzərində təsir göstərir
+Polimerlərdə summativ möhkəmlik
+Qazın mayeləşdirilməsinə imkan verir
+Səthə sürətli yapışmanı asanlaşdırır
Saxlayıcı
−Fərdi olaraq son dərəcə zəifdir
−Yüksək məsafəyə həssasdır
−Kiçik atomlarda gözlənilməz
−Vibrasiya ilə asanlıqla aradan qaldırılır
Yaygın yanlış anlaşılmalar
Əfsanə
Hidrogen rabitələri, kovalent rabitələr kimi, "həqiqi" kimyəvi rabitələrdir.
Həqiqət
"Rabitə" adına baxmayaraq, onlar əslində güclü molekullararası cazibə qüvvələridir. Onlar yeni bir kimyəvi növ yaratmaq üçün elektronların paylaşılmasını və ya ötürülməsini əhatə etmir, baxmayaraq ki, digər dipol qarşılıqlı təsirlərindən daha güclüdürlər.
Əfsanə
Van der Waals qüvvələri yalnız polyar olmayan molekullarda mövcuddur.
Həqiqət
Van der Waals qüvvələri istisnasız olaraq bütün atomlar və molekullar arasında mövcuddur. Qütb molekullarında onlar sadəcə dipol-dipol və ya hidrogen rabitəsi kimi daha güclü qüvvələrin kölgəsində qalırlar.
Əfsanə
Hidrogen bu əlaqələri istənilən elektronegativ elementlə əmələ gətirə bilər.
Həqiqət
Hidrogen rabitəsi xüsusilə azot, oksigen və flüorla məhdudlaşır. Xlor kimi elementlər yüksək elektronegativliyə malikdir, lakin hidrogen atomunun əsl hidrogen rabitəsinin əmələ gəlməsi üçün kifayət qədər yaxınlaşmasına imkan verməyəcək qədər böyükdürlər.
Əfsanə
Van der Waals qüvvələri həmişə əhəmiyyətsiz dərəcədə zəifdir.
Həqiqət
Böyük sistemlərdə onlar həyati əhəmiyyət kəsb edir. Məsələn, gekkonlar, ayaq tükləri ilə səth arasında milyonlarla Van der Waals qarşılıqlı təsirinin kümülatif təsiri səbəbindən şaquli şüşə səthlərdə gəzə bilirlər.
Tez-tez verilən suallar
Hansı daha güclüdür, hidrogen rabitəsi, yoxsa van der Waals qüvvəsi?
Hidrogen rabitəsi, adətən, on dəfə və ya daha çox dəfə daha güclüdür. Hidrogen rabitəsi 5 ilə 30 kJ/mol arasında dəyişsə də, Van der Waals qarşılıqlı təsirləri adətən 4 kJ/mol-dan azdır.
Suyun Van der Waals qüvvələri varmı?
Bəli, su molekulları Van der Waals qüvvələrini yaşayır, lakin təsirləri demək olar ki, tamamilə qonşu molekulların oksigen və hidrogen atomları arasında əmələ gələn daha güclü hidrogen rabitələri ilə örtülür.
DNT-də hidrogen rabitəsi niyə bu qədər vacibdir?
Hidrogen rabitələri DNT ikiqat spiralının iki zəncirini bir yerdə saxlayır. Onlar strukturu qorumaq üçün kifayət qədər güclüdürlər, lakin DNT replikasiyası və zülal sintezi zamanı fermentlər tərəfindən "açılmaq" üçün kifayət qədər zəifdirlər.
Molekulyar çəki Van der Waals qüvvələrinə necə təsir edir?
Molekulyar çəki artdıqca elektronların sayı da artır və bu da elektron buludunu daha “polyarizasiyalı” edir. Bu, daha güclü müvəqqəti dipollara və nəticədə daha güclü Van der Waals qüvvələrinə gətirib çıxarır.
Hidrogen rabitələri vakuumda əmələ gələ bilərmi?
Bəli, hidrogen rabitəsi qura bilən iki molekul, kifayət qədər yaxın olduqda, vakuumda bir-birini cəzb edəcək. Lakin, qaz fazasında molekullar adətən bu qüvvələrin əhəmiyyətli dərəcədə özünü göstərməsi üçün bir-birindən çox uzaqda olurlar.
Niyə bu rabitələrə görə buz sudan daha az sıxdır?
Su donduqca, hidrogen rabitələri molekulları maye halındakından daha uzaqda saxlayan sabit, altıbucaqlı bir qəfəsə məcbur edir. Bu, strukturda açıq yer yaradır və bu da buzu ətrafındakı maye sudan daha az sıx edir.
London dispersiya qüvvələri Van der Waals qüvvələri ilə eynidirmi?
London dispersiya qüvvələri Van der Waals qüvvəsinin spesifik bir növüdür. Bir çox kimya kontekstində "Van der Waals" termini dispersiya qüvvələrini, dipol-dipol qarşılıqlı təsirlərini və induksiya-dipol qarşılıqlı təsirlərini əhatə edən ümumi bir termin kimi istifadə olunur.
Yüksək temperaturda bu qüvvələrə nə təsir edir?
Yüksək temperaturda molekulların kinetik enerjisi artır. Kinetik enerji Hidrogen rabitələrinin və ya Van der Waals qüvvələrinin cəlbedici enerjisini aşdıqda, maddə bərk haldan maye halına və ya maye haldan qaz halına keçəcək.
Hökm
Qütb maddələrində yüksək qaynama nöqtələrini və spesifik molekulyar formaları izah etmək üçün Hidrogen rabitəsini seçin. Bütün hissəciklər, xüsusən də qeyri-qütb qazlarında universal "yapışqanlığı" və böyük üzvi molekulların struktur bütövlüyünü təsvir etmək üçün Van der Waals qüvvələrindən istifadə edin.