Την πρώτη φορά που είδα πώς φτιάχνεται μια πίτσα από κοντά, έμεινα με ανοιχτό το στόμα: ο μάγειρας ανακάτευε κάποια υλικά, έφτιαχνε ζυμάρι που φαινόταν τόσο μικρό, το ζύμωνε και αυτό ξαφνικά μεγάλωνε σε διάμετρο χωρίς να σπάζει! Βέβαια τότε ήμουν 9-10 χρονών, οπότε απλά έμεινα με την απορία «Πώς γίνεται αυτό;» και στη συνέχεια ασχολήθηκα με το να φάω την πίτσα.:mrgreen: H απάντηση τελικά βρίσκεται σε ένα πολύ σημαντικό είδος αλληλεπιδράσεων, τους δεσμούς υδρογόνου!

 

Οι περισσότεροι μαθητές (ειδικά) της Θετικής κατεύθυνσης θα έχουν ήδη ακουστά για τους δεσμούς υδρογόνου. Οι δε φοιτητές σε Χημικό θα έχουν σιχαθεί να ακούνε για αυτούς.😛

Ο δεσμός υδρογόνου είναι μια ασθενής έως μέτρια ελκτική αλληλεπίδραση. Ορίζεται ως η δύναμη που υπάρχει μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου, Η, και ενός μονήρους ζεύγους ηλεκτρονίων ενός ηλεκτραρνητικού ατόμου, Υ, όταν αυτό το άτομο υδρογόνου ενώνεται ομοιοπολικά με ένα πολύ ηλεκτραρνητικό άτομο, Χ. Το άτομο Χ ονομάζεται και δότης, ενώ το άτομο Υ δέκτης.

Παριστάνεται με τρεις κουκίδες ανάμεσα στα άτομα Η και Υ, ενώ το συνολικό σχήμα είναι το εξής:

–  Χ – Η ∙∙∙ Υ

Τόσο ο δότης όσο και ο δέκτης θα πρέπει να είναι αρκετά ηλεκτραρνητικά άτομα

Στις περισσότερες περιπτώσεις τα Χ,Υ είναι κάποια από τα άτομα φθορίου (F), οξυγόνου (O), αζώτου (N), που είναι και τα πιο ηλεκτραρνητικά.

Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ νερού και αμμωνίας..
..μεταξύ νερού και νερού..
..και μεταξύ μορίων μεθανόλης

Αν και η ισχύς των δεσμών υδρογόνου είναι μέτρια, η σημασία τους είναι τεράστια και γι’αυτό τους «συναντούμε» πολύ συχνά. Ορίστε μερικά παραδείγματα:

Προσφέρουν σταθερότητα και λειτουργικότητα σε βιομόρια

Στο DNA, οι αζωτούχες βάσεις ενώνονται μεταξύ τους με 2 ή 3 δεσμούς υδρογόνου (για περισσότερα δείτε εδώ). Το γνωστό σχήμα της διπλής έλικας οφείλεται στους δεσμούς αυτούς και τη γεωμετρία τους! Στις πρωτεϊνες, οι δεσμοί υδρογόνου παίζουν μεγάλο ρόλο στο πώς αναδιπλώνονται στο χώρο και στο τελικό τους σχήμα, το οποίο εάν γνωρίζουμε βοηθά στο να διαπιστώσουμε το βιοχημικό ρόλο του μορίου. Έτσι, συμμετέχουν στη δευτεροταγή αλλά και την τριτοταγή δομή των πρωτεϊνών.

Ισχυροποιούν διάφορα πολυμερή

Χαρακτηριστικότερο παράδειγμα το νάυλον, όπου παρατηρούνται δεσμοί υδρογόνου στην επαναλαμβανόμενη μονάδα και αυξάνουν τη σταθερότητα του υλικού.

Οι δεσμοί υδρογόνου είναι η αιτία που ο πάγος επιπλέι στο νερό

Επειδή το νερό είναι υγρό, τα μόρια δεν εμφανίζουν πλήρη τάξη και έτσι δε σχηματίζεται ο βέλτιστος αριθμός δεσμών υδρογόνου. Έτσι έχει υπολογιστεί ότι το ένα μόριο νερού σχηματίζει περίπου 3,4 δεσμούς υδρογόνου με γειτονικά μόρια νερού. Αντίθετα ο πάγος είναι στερεό και επομένως τα μόρια εμφανίζουν υψηλή τάξη, ώστε μπορούν να σχηματίσουν το μέγιστο αριθμό δεσμών υδρογόνου, δηλαδή 4.

water expands when cooled b JPEG

Συγκρίνοντας τα σχήματα βλέπουμε ότι οι 4 δεσμοί υδρογόνου στον πάγο έχουν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κενών μεταξύ των μορίων, σε σχέση με τη δομή του νερού όπου δεν υπάρχουν κενά. Άρα, ο πάγος θα έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό και κατά συνέπεια επιπλέει σε αυτό!