Wasserstoffbrückenbindungen

Einführung

• Eiswürfel bleiben oben im Glas:
  • Interessantes Phänomen.
  • Verantwortlich sind Wasserstoffbrückenbindungen.

Definition & Ursprung

• Wasserstoffbrückenbindung:
  • Zwischenmolekulare Wechselwirkung.
  • Keine chemische Bindung wie Atom- oder Ionenbindung.
  • Kraft zwischen zwei oder mehreren Molekülen.
• Voraussetzung:
  • Wasserstoff an elektronegativeren Partner gebunden.
  • Beispiel: Wassermolekül (H2O).

Polarität & Elektronegativität

• Wasser ist ein polares Molekül:
  • Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ist polar.
  • Elektronegativität:
    • Fähigkeit eines Atoms, Bindungselektronen anzuziehen.
    • Bestimmt durch das Periodensystem.
• Elektronegativitätswerte:
  • Sauerstoff: 3,4
  • Wasserstoff: 2,2
  • Höhere Elektronegativität: Stärkere Anziehungskraft auf Elektronenpaar.
• Vier elektronegativste Elemente:
  • Fluor, Sauerstoff, Stickstoff, Chlor.
  • Diese Elemente in Verbindung mit Wasserstoff bilden Wasserstoffbrückenbindungen.

Partialladungen

• Sauerstoff zieht Elektronen näher an sich:
  • Größere Elektronendichte um Sauerstoff, kleinere um Wasserstoff.
  • Entstehung von Partialladungen:
    • Sauerstoff: δ-
    • Wasserstoff: δ+
• Wasser ist ein Dipol:
  • Positive Partialladung bei den Wasserstoffatomen.
  • Negative Partialladung bei dem Sauerstoffatom.

Wasserstoffbrückenbindungen in Wassermolekülen

• Ausrichtung der Moleküle:
  • Pluspol des einen Moleküls zieht Minuspol des anderen an.
  • Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen.
• Wasserstoffbrückenbindungen in anderen Molekülen:
  • Flusssäure, Ammoniak, Salzsäure.

Bedeutung der Wasserstoffbrückenbindungen

• Stabilität:
  • Geringere Stabilität als Ionen- oder Atombindung.
  • Dennoch sehr wichtig.
• Phänomene:
  • Eis auf Wasser schwimmt wegen geringerer Dichte:
    • Sechsring-Struktur der Moleküle verursacht durch Wasserstoffbrückenbindungen.
    • Sichtbar in symmetrischen Eiskristallen und Schneeflocken.
  • Verdampfen von Wasser verhindert:
    • Wasserstoffbrückenbindungen halten Moleküle zusammen.
    • Viel Energie zum Brechen der Bindungen nötig.
    • Siedepunkt bei 100°C.
• Anwendungen:
  • DNA-Struktur:
    • Verbindung der beiden Stränge durch Wasserstoffbrückenbindungen.
• Fazit:
  • Wasserstoffbrückenbindungen sind entscheidend für viele natürliche Prozesse.