Apa yang menyebabkan ikatan hidrogen?

Ikatan hidrogen terjadi antara a hidrogen atom dan sebuah atom elektronegatif (mis., oksigen, fluor, klorin). Ikatan lebih lemah dari ikatan ionik atau ikatan kovalen, tetapi lebih kuat dari Pasukan van der Waals (5 hingga 30 kJ / mol). Ikatan hidrogen diklasifikasikan sebagai jenis ikatan kimia yang lemah.

Alasannya ikatan hidrogen terjadi karena elektron tidak terbagi secara merata antara atom hidrogen dan atom bermuatan negatif. Hidrogen dalam suatu ikatan masih hanya memiliki satu elektron, sementara itu dibutuhkan dua elektron untuk pasangan elektron yang stabil. Hasilnya adalah bahwa atom hidrogen membawa muatan positif yang lemah, sehingga tetap tertarik pada atom yang masih membawa muatan negatif. Karena alasan ini, ikatan hidrogen tidak terjadi pada molekul dengan ikatan kovalen nonpolar. Setiap senyawa dengan ikatan kovalen polar memiliki potensi untuk membentuk ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen dapat terbentuk di dalam molekul atau di antara atom-atom dalam molekul yang berbeda. Meskipun molekul organik tidak diperlukan untuk ikatan hidrogen, fenomena ini sangat penting dalam sistem biologis. Contoh ikatan hidrogen meliputi:

• antara dua molekul air
• memegang dua untai DNA bersama untuk membentuk heliks ganda
• memperkuat polimer (mis., unit berulang yang membantu mengkristal nilon)
• membentuk struktur sekunder dalam protein, seperti alfa helix dan beta lipit sheet
• antara serat dalam kain, yang bisa menghasilkan pembentukan keriput
• antara antigen dan antibodi
• antara enzim dan substrat
• pengikatan faktor transkripsi ke DNA

Ikatan hidrogen bertanggung jawab atas beberapa kualitas penting air. Meskipun ikatan hidrogen hanya 5% sekuat ikatan kovalen, ikatan hidrogen cukup untuk menstabilkan molekul air.

• Ikatan hidrogen menyebabkan air tetap cair pada kisaran suhu yang luas.
• Karena butuh energi ekstra untuk memutus ikatan hidrogen, air memiliki panas yang luar biasa tinggi untuk penguapan. Air memiliki titik didih yang jauh lebih tinggi daripada hidrida lainnya.

Ada banyak konsekuensi penting dari efek ikatan hidrogen antara molekul air:

• Ikatan hidrogen membuat es lebih padat daripada air cair, jadi es mengapung di atas air.
• Efek ikatan hidrogen terhadap panas penguapan membantu menjadikan keringat sebagai cara yang efektif untuk menurunkan suhu hewan.
• Efeknya pada kapasitas panas berarti air melindungi terhadap perubahan suhu ekstrem di dekat badan besar air atau lingkungan lembab. Air membantu mengatur suhu pada skala global.

Ikatan hidrogen paling signifikan antara hidrogen dan atom yang sangat elektronegatif. Panjang ikatan kimia tergantung pada kekuatan, tekanan, dan suhunya. Sudut ikatan tergantung pada spesies kimia tertentu yang terlibat dalam ikatan. Kekuatan ikatan hidrogen berkisar dari sangat lemah (1-2 kJ mol − 1) hingga sangat kuat (161.5 kJ mol − 1). Beberapa contoh entalpi dalam uap adalah:

F − H…: F (161,5 kJ / mol atau 38,6 kcal / mol)
O − H…: N (29 kJ / mol atau 6,9 kcal / mol)
O − H…: O (21 kJ / mol atau 5.0 kcal / mol)
N − H…: N (13 kJ / mol atau 3.1 kcal / mol)
N − H…: O (8 kJ / mol atau 1,9 kcal / mol)
HO − H...: OH₃⁺ (18 kJ / mol atau 4,3 kkal / mol)

_Referensi

_{Larson, J. W.; McMahon, T. B. (1984). "Ion fase gas bihalide dan pseudobihalide. Penentuan resonansi ion cyclotron energi ikatan hidrogen pada spesies XHY (X, Y = F, Cl, Br, CN) ". Kimia Anorganik 23 (14): 2029-2033.}

_{Emsley, J. (1980). "Ikatan Hidrogen Sangat Kuat". Ulasan Chemical Society 9 (1): 91-124.
Omer Markovitch dan Noam Agmon (2007). "Struktur dan energetik dari kulit hidronium hidrasi". J. Phys Chem A 111 (12): 2253–2256.}