수소 결합은 화학에서 중요한 주제이며, 우리가 일상적으로 상호 작용하는 많은 물질, 특히 물의 행동을 뒷받침합니다. 수소 결합과 그것이 존재하는 이유를 이해하는 것은 분자간 결합과 화학을보다 일반적으로 이해하는 데 중요한 단계입니다. 수소 결합은 궁극적으로 특정 분자의 일부 부분에서 순 전하의 차이로 인해 발생합니다. 이 하전 된 부분은 동일한 특성을 가진 다른 분자를 끌어들입니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
수소 결합은 분자의 일부 원자가 동반 원자보다 전자를 더 많이 끌어 당기는 경향에 의해 발생합니다. 이것은 분자에 영구적 인 쌍극자 모멘트를 부여하여 극성을 만듭니다. 따라서 자석처럼 작용하여 다른 극성 분자의 반대쪽 끝을 끌어 당깁니다.
전기 음성도 및 영구 쌍극자 모멘트
전기 음성도의 특성은 궁극적으로 수소 결합을 일으 킵니다. 원자가 서로 공유 결합하면 전자를 공유합니다. 공유 결합의 완벽한 예에서 전자는 똑같이 공유되므로 공유 전자는 한 원자와 다른 원자 사이의 중간에 있습니다. 그러나 이것은 원자가 전자를 끌어 당기는 데 똑같이 효과적인 경우에만 해당됩니다. 결합 전자를 끌어 당기는 원자의 능력을 전기 음성도라고합니다. 따라서 전자가 원자간에 공유되는 경우 동일한 전기 음성도를 가진 전자는 평균적으로 그들 사이의 대략 중간에 있습니다 (전자가 움직이기 때문에 연달아).
한 원자가 다른 원자보다 전기 음성이 더 높으면 공유 전자가 해당 원자에 더 가깝게 끌립니다. 그러나 전자는 전하를 띠기 때문에 다른 원자보다 한 원자 주위에 더 많이 모이는 경향이 있으면 분자의 전하 균형에 영향을 미칩니다. 전기적으로 중성 인 것이 아니라 전기 음성이 더 많은 원자가 약간의 순 음전하를 얻습니다. 반대로 전기 음성이 적은 원자는 약간의 양전하를 띠게됩니다. 이러한 전하의 차이는 영구 쌍극자 모멘트라고하는 분자를 생성하며, 이를 종종 극성 분자라고합니다.
수소 결합의 작동 원리
극성 분자는 구조 내에 두 개의 하전 된 부분을 가지고 있습니다. 자석의 양의 끝이 다른 자석의 음의 끝을 끌어 당기는 것과 같은 방식으로 두 극성 분자의 반대쪽 끝이 서로 끌어 당길 수 있습니다. 수소는 산소, 질소 또는 불소와 같이 종종 결합하는 분자보다 전기 음성이 적기 때문에이 현상을 수소 결합이라고합니다. 순 양전하를 가진 분자의 수소 말단이 산소, 질소, 불소 또는 다른 전기 음성 말단에 가까워지면 결과는 분자 분자가됩니다. 결합 (분자간 결합)은 화학에서 접하는 대부분의 다른 형태의 결합과는 달리 서로 다른 고유 한 특성을 담당합니다. 물질.
수소 결합은 개별 분자를 함께 묶는 공유 결합보다 약 10 배 더 강합니다. 공유 결합은 많은 에너지를 필요로하기 때문에 깨지기 어렵지만 수소 결합은 상대적으로 쉽게 깨질 정도로 약합니다. 액체 안에는 많은 분자가 밀집되어 있으며, 이 과정은 에너지가 충분할 때 수소 결합이 끊어지고 재 형성됩니다. 마찬가지로, 물질을 가열하면 동일한 이유로 일부 수소 결합이 끊어집니다.
물에서의 수소 결합
물 (H2O)는 작동중인 수소 결합의 좋은 예입니다. 산소 분자는 수소보다 전기 음성이 더 높으며 두 수소 원자는 "v"형태로 분자의 같은쪽에 있습니다. 이것은 수소 원자가있는 물 분자쪽에 순 양전하를, 산소쪽에 순 음전하를줍니다. 따라서 한 물 분자의 수소 원자는 다른 물 분자의 산소쪽에 결합합니다.
물에서 수소 결합에 사용할 수있는 두 개의 수소 원자가 있으며 각 산소 원자는 다른 두 소스에서 수소 결합을 "수용"할 수 있습니다. 이것은 분자간 결합을 강하게 유지하고 물이 암모니아보다 끓는점이 더 높은 이유를 설명합니다 (질소는 하나의 수소 결합 만 받아 들일 수 있음). 수소 결합은 또한 얼음이 같은 질량의 물보다 더 많은 부피를 차지하는 이유를 설명합니다. 수소 결합은 제자리에 고정되어 물이 액체 일 때보 다 더 규칙적인 구조를 제공합니다.