קשר מימן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
קשרי מימן (מקווקווים) בין שתי שרשראות של הפולימר קבלר

קשר מימן, או גשר מימן, הוא קשר כימי בין מולקולרות באמצעות אטום מימן אל אחד מאטומי ה"נוף": חנקן, פלואור או המימן. בתוך מקרומולקולות, כגון חלבונים וחומצות הגרעין, הקשר יכול להתקיים בין שני חלקים של אותה המולקולה. הקשר בין אטום המימן לאחד מאטומי ה"נוף" נוצר באמצעות קשרים בין דיפולים נגדיים כאשר המימן במולקולה אחת מתחבר לדיפול שלילי אשר נמצא במולקולה אחרת. אף שקשרי המימן נחשבים חזקים מכוחות בין-מולקולריים אחדים, הם חלשים בהרבה מקשרים יוניים ומתכתיים.

היווצרות הקשר[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקשר בין דיפולים של שני מולקולות באמצעות קשרי מימן

אטום המימן מאוד לא יציב ותמיד שואף להתחבר ולהיות בתוך מולקולה שכן ערך האלקטרושליליות שלו היא 2.1. לפי פאולינג אטום החמצן יחבור לאטום עם ערך אלקטרושליליות גבוה משלו בהפרש של מעל 0.8. לפיכך ישנם רק את שלושת אטומים, חמצן, חנקן ופלואור. אלו אטומים אל מתכות בעלי מסה נמוכה שכאשר יוצרים קשרים מותרים זוג גלמוד המאפשר למבנה הדיפולים שקושר בניהם לבין מולקולה אחרת בעלת מימן.

בתוך המולקולה למשל H_2O, המימן מאבד את אלקטרונים חלקית לטובת אטום אחר, בעל אלקטרושליליות גבוהה יותר, בתוך המולקולה עצמה. לפיכך נוצרת קוטביות בתוך המולקולה עצמה כאשר המימן בעל הדיפול החיובי ואילו החמצן בעל דיפול שלילי. בשל גודלו הקטן של המימן נוצר מטען חיובי צפוף וחזק אשר יתרם לקשר מימן.

במולקולה אחרת, נניח H_2O אחרת, אטום החמצן יוצר סביבו דיפול שלילי חזק אשר יוצר קשר עם הדיפול החיובי של מולקולת המים.

מולקולת המים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הדוגמה הנפוצה ביותר להשפעתו של הקשר המימני מצויה במים. מים מורכבים מאטום חמצן (בעל אלקטרושליליות 3.5), ובו שני זוגות של אלקטרונים חופשיים, ומשני אטומי מימן.

כאשר המים במצב נוזלי, נוצר קשר המכונה "צבירים מתחלפים" (flickering clusters) אשר במהלכו מתחברים וניתקים בכל רגע קשרי מימן בין המולקולות. קשרים אלו מחזקים את הזיקה בין מולקולות המים, אך אינם חזקים דיים על מנת לקבע את המולקולות במקומן ולפיכך בממוצע מצליחים לשמור על שלושה וחצי קשרי מימן. עם הירידה בטמפרטורה, מולקולות המים הופכות צפופות יותר ויותר. בטמפרטורה של כ-4 מעלות צלזיוס הן מגיעות לשיא צפיפותן אולם עם המשך ירדת הטמפרטורה, איטיות תנועתן של המולקולות גורמת לכך שארבעת קשרי המימן הופכים יציבים יותר ומרחיקים את המולקולות זו מזו. לבסוף, בנקודת הקיפאון, כל ארבעת קשרי המימן של מולקולת המים עם שכנותיה מתייצבים ונוצר טטראהדר (ארבעון בעברית), כלומר ארבע קשרים בממוצע.

ארבעת הקשרים היציבים מקבעים את המולקולות במרחק הרב ביותר זו מזו ולכן, במצב מוצק, קרח, מולקולות המים פחות צפופות מאשר במצב נוזלי וזו הסיבה לכך שקרחונים צפים על פני המים. תופעה זו ידועה כאנומליה של המים.

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגדלת נקודת הרתיחה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קשרי מימן מגדלים את נקודת הרתיחה ומקטנים את נקודת הקפאון מאחר ויש קושי רב יותר לנתק את הקשר. ההשערה היא שללא קשרי מימן היו מים רותחים בטמפרטורה של 90- מעלות צלזיוס, אך קיום קשרי המימן במים גורם לעלייה של 190 מעלות בטמפרטורת הרתיחה (ולכן הם רותחים ב-100 מעלות צלזיוס). טמפרטורת הרתיחה הגבוהה הזו קיימת בשל הצורך להשקיע אנרגיה נוספת לשם ניתוק קשרי המימן. מאפיין זה קיים בתרכובות מימניות נוספות כגון אמוניה (NH3) ומימן פלואורי (HF).

התמוססות במים[עריכת קוד מקור | עריכה]

דיפולי המים מקיפים את אטום קטיוני הנתרן

הידרופיליות היא היכולת של מולקולה להקשר למים באמצעות קשרי מימן. אטום שאבד אלקטרון הוא אם כן הידרופילי. לפיך כלל שחומר פולרי או טעון יותר כך יכולת התמוססות שלו גדלה במים. למשל מלח בישול (Na^+Cl^-) המורכב מנתרן שקיבל אלקטרון מהכלור ולכן הוא בעל דיפול שלילי ואילו הכלור אשר וויתר על אלקטרון בעל הדיפול החיובי. התמוססות במים מתבצעת באמצעות מולקולות מים המקיפות את החלקיק הפולרי. הדיפולים החיובים של הנתרן מוקפים בדיפולים השלילים של המים. אניוני הכלור מוקפים בדיפולים חיובים של מולקולת המים וכך המים יכולים להמיס מולקולה כה גדולה.

העברת פרוטון[עריכת קוד מקור | עריכה]

בזכות קשרי המימן יכולה מולקולת המים "להעביר" פרוטון ממולקולה שלה עצמה למולקולת מים אחרת. על סמך שיווי המשקל הכימי של התגובה (H_2O+H_2O = OH^- + H_3O^+) אנו יודעים כי מבנה התוצר של המערכת (OH^- + H_3O^+) הוא מועדף מאחר ומקנה יציבות למערכת. התוצרים של המערכת הם שני מולקולות, הידרוקסיד (OH^-), מולקולה אשר אטום שלה אבד אלקטרון והיא הידרופילי, ומולקולה הידרוניום (H_3O^+). עם זאת המערכת אינה יציבה וחוזרת במהירות למצבה הראשון, דהינו שתי מולקולות מים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]