Liên kết hidro là gì? Cấu tạo, tính chất đặc trưng và công dụng

Liên kết Hidro là gì? Đây là một thuật ngữ trong lĩnh vực hóa học giúp lý giải các hiện tượng trong tự nhiên và trong cơ thể con người. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về khái niệm liên kết Hidro, cấu tạo, những tính chất đặc trưng và công dụng của liên kết Hidro. 

Nếu bạn đang có ý định tìm hiểu về những kiến thức về liên kết Hidro thì bài viết này là dành cho bạn, Điện máy Sakura sẽ cung cấp các kiến thức cụ thể về liên kết Hidro. 

Tìm hiểu liên kết hidro

Tìm hiểu liên kết hidro

Liên kết Hidro dùng để chỉ lực hút tính diện giữa H+ với một nguyên tử khác có hóa trị 1 hoặc một nhóm có độ âm điện cao hơn. Liên kết Hidro có tính định hướng và mạnh, tạo ra khoảng cách giữa các phân tử ngắn liên quan đến đối tượng tương tác khác. Tính này thường có phản ứng tốt nhất khi nguyên tố có độ âm điện cao hơn.

Điều kiện để hình thành liên kết Hidro:

• Điều kiện cần: hợp chất phải chứa nguyên tử H
• Điều kiện đủ: các nguyên tố liên kết trực tiếp với H cần phải có cặp electron đôi tự do.

Ví dụ: 

Trong các hợp chất như CH3COONH4, HCHO, H2O, NH3, CH4 thì: 

CH4 và HCHO có các nguyên tố Hidro không liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn nên không có liên kết Hidro. 

CH3COONH4 có nguyên tố Hidro liên kết với Nitơ, tuy nhiên, chất này lại không đảm bảo được điều kiện đủ là có cặp electron tự do. Chính vì thế, không thể hình thành liên kết Hidro.

Liên kết Hidro có nhiều loại, bao gồm: 

• Liên kết Hidro tăng cường polymer
• Liên kết Hydro giữa 2 phân tử nước trong nước
• Liên kết Hydro giữa kháng thể và kháng nguyên
• Liên kết Hydro giữa các một chất nền và một enzyme
• Liên kết Hydro của các đoạn phiên mã DNA
• Liên kết Hidro giữa 2 sợi DNA tạo thành các chuỗi kép
• Liên kết Hydro giữa các sợi vải
• Liên kết Hydro hình thành cấu trúc chuỗi cấp trong các protein

Cấu tạo của liên kết hidro trong nước

Cấu tạo của liên kết hidro trong nước

Cấu tạo của liên kết Hidro giúp liên kết các phân tử Hidro trong nước: 

Ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ 4 độ C, nước có khối lượng riêng là 1g/m3. 

Ở nhiệt độ trên 4 độ C, nước nóng nở lạnh co. 

Ở nhiệt độ dưới 4 độ C, nước lạnh nở nóng co. Bởi lúc này, các phân tử nước hình thành tạo thành các hình thể đặc biệt với các góc liên kết Hidro 104 độ 45 phút. Khi nước được làm lạnh, các phân tử nước sẽ tách rời để tạo nên các liên kết lục giác (1 phân tử nước tạo thành 4 phân tử nước khác). Chính vì thế, đá thường nổi lên trên bề mặt nước mà không bị chìm xuống. 

Tính chất đặc trưng của liên kết hidro

Tính chất đặc trưng của liên kết hidro

Liên kết Hydro có những tính chất đặc trưng: 

• Trạng thái của chất

Liên kết hidro có 2 dạng là Dimer và Polime. 

Nhờ có liên kết Hidro mà H2O, HF và một số chất khác hình thành được các polime. Các liên kết phức tạp, khó linh động khiến cho các chất này tồn tại ở trạng thái lỏng hoặc rắn. 

Chất không có năng lượng liên kết Hidro được thường là các Dimer, và ngược lại, chất có năng lượng liên kết Hidro thì gọi là các Polime. 

Nước đá ở thể rắn có nhiều liên kết Hydro, lúc này, 4 phân tử nước sẽ tạo ra 4 phân tử nước khác tạo thành cấu trúc tứ diện nhẹ hơn nước và nổi trên mặt nước. Đây cũng là lời giải đáp tại sao các viên nước đá lại nổi trên bề mặt cốc nước mặc dù có cấu trúc rắn. 

• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi

Những chất có liên kết Hidro sẽ có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao hơn bởi khi chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng, lỏng sang khí sẽ phải tốn thêm một phần năng lượng để bẻ gãy cấu trúc phân tử nước. 

• Độ tan 

Các liên kết Hidro giữa chất tan với nước (hay các dung môi) càng nhiều thì độ tan càng lớn. Lúc này, các liên kết Hydro sẽ tách rời giữa các phân tử nước với nhau để liên kết với các phân tử trong chất tan. 

• Độ điện ly

Giữa phân tử Hiđro ít linh động có nhiều liên kết Hidro sẽ rất khó điện li. Đây cũng chính là lý do tại sao mà đường và ancol là chất không có khả năng điện ly. 

• Liên kết hidro trong nước

Các phân tử nước tương tác với nhau thông qua các liên kết Hydro, tuy nhiên, đây không phải liên kết bền vững, chỉ tồn tại trong một thời gian cực ngắn. Sau đó, các phân tử nước sẽ tách ra và liên kết với các phân tử nước khác. 

Một số công dụng của liên kết hidro trong nước

Một số công dụng của liên kết hidro trong nước

Liên kết Hidro có những công dụng nhất định đối với việc điều chỉnh, cân bằng, lý giải về các hiện tượng tự nhiên trên trái đất: 

• Liên kết Hydro giúp ổn định các phân tử nước, giúp các phân tử nước tương tác với nhau, duy trì chất lỏng trong một phạm vi diện rộng. 
• Làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước bởi cần phải có năng lượng để làm đứt gãy các liên kết hidro. Cũng nhờ thế mà cân bằng và giảm thiểu được lượng nước bốc hơi trong tự nhiên, điều hòa quá trình tuần hoàn của nước. 
• Các liên kết Hidro làm cho đá, băng nhẹ hơn nước lỏng nên các vật chất này sẽ nổi lên trên mặt nước mặc dù đá có cấu tạo là một chất rắn.
• Hệ sinh thái và tuần hoàn tự nhiên của trái đất cũng phụ thuộc rất lớn vào liên kết Hidro: làm cho băng tan, nước có thể bay hơi và sinh ra mưa. Nếu không có liên kết Hidro, khả năng tuần hoàn nước của trái đất sẽ bị gián đoạn, nước sẽ không được dịch chuyển từ các trạng thái rắn sang lỏng, lỏng sang khí. Từ đó, sẽ gây ra nhiều hệ lụy khác đối với trái đất, có thể là không tồn tại sự sống của các sinh vật trên hành tinh này. 
• Liên kết Hidro cũng giúp bảo vệ trái đất, chống lại những sự thay đổi thời tiết cực đoan, điều chỉnh nhiệt độ trên toàn cầu. 

Như vậy, Điện máy Sakura đã giải đáp toàn bộ thông tin về khái niệm liên kết hidro, cấu tạo, tính chất đặc trưng cùng một số công dụng của liên kết Hidro trong thực tế. Cảm ơn bạn đọc đã dành thời gian quý báu của mình cho góc chia sẻ của chúng tôi!