Liên kết hidro là gì? Đặc điểm, vai trò của liên kết hydrogen

Liên kết hidro là một thuật ngữ quen thuộc trong hóa học. Nó là một dạng liên kết rất phổ biến trong các hợp chất. Để hiểu rõ hơn liên kết hidro là gì, các bạn hãy dành ra ít phút và tìm hiểu về liên kết hidro với Primer nhé.

Liên kết hidro là gì?

Liên kết hidro hay liên kết hydro hoặc liên kết hydrogen dùng để chỉ lực hút tĩnh điện giữa H+ với một nguyên tử khác có hóa trị I hoặc một nhóm nguyên tử có độ âm điện cao hơn. Liên kết này có tính định hướng và mạnh. Nó tạo ra khoảng cách giữa các phân tử ngắn liên quan đến các đối tượng tương tác khác.

Để hình thành liên kết hidro, điều kiện cần phải có là:

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

>> Xem thêm: Gốc axit là gì? Phân loại các gốc axit thường gặp

Liên kết hydro có những loại nào

Liên kết hydro có nhiều loại, đó là: 

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

Liên kết hydrogen được hình thành như thế nào?

Liên kết hydrogen được hình thành từ lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử Hydro với một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử có độ âm điện cao hơn. Do đó, liên kết hydrogen được xem là một loại liên kết cộng hóa trị hay còn gọi là liên kết H.

Theo khuyến nghị của tổ chức IUPAC, chúng ta nên sử dụng dấu ba chấm (…) để biểu diễn cho loại liên kết này. Dấu này sẽ kéo dài đều từ nguyên tử H đến nguyên tử hình thành liên kết hydrogen với nó.

>> Xem thêm: Axit Nitric là gì? Công thức, tính chất, ứng dụng của HNO3

Đặc điểm của liên kết hidro là gì?

Liên kết hidro có những đặc điểm nổi bật sau:

• Quyết định trạng thái của chất

Hai dạng chính của liên kết hidro là Dimer và Polime. Dimer là chất không có năng lượng liên kết hidro còn Polime là chất có năng lượng liên kết hidro. Nhờ có liên kết hidro mà phân tử nước, HF và một số chất khác hình thành được các polime. Những liên kết phức tạp, khó linh động sẽ khiến cho các chất này tồn tại ở trạng thái rắn hoặc lỏng.

Ví dụ như nước khi ở thể rắn (nước đá) sẽ có nhiều liên kết hidro. Lúc này, 4 phân tử nước sẽ tạo ra 4 phân tử nước khác để tạo thành một cấu trúc tứ diện. Nhờ đó, các viên đá có thể nổi lên trên bề mặt nước.

• Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy

Những chất có liên kết hidro sẽ có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Bởi lẽ, nếu muốn chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng hoặc lỏng sang khí, cấu trúc phân tử nước cần phải bị bẻ gãy. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ phải tiêu tốn thêm năng lượng mới có thể bẻ gãy cấu trúc này.

• Độ tan 

Các liên kết hidro giữa chất tan với nước hoặc dung môi càng nhiều thì độ tan càng lớn. Lúc này, các liên kết hydro giữa các phân tử nước sẽ tách rời nhau để liên kết với các phân tử ở trong chất tan. 

• Độ điện ly

Những phân tử hidro ít linh động có nhiều liên kết hidro sẽ rất khó điện li. Điều này cũng lý giải cho việc đường và ancol không có khả năng điện ly. 

• Liên kết hidro trong nước

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

Vai trò của liên kết hidro trong nước

Liên kết hydro được hình thành giữa 2 phân tử nước ở khoảng cách 177 pm (lớn hơn độ dài của liên kết O-H). Nhờ có liên kết này mà các phân tử nước có thể tập hợp lại với nhau thành cụm ngay cả khi ở thể hơi. Tùy điều kiện nhiệt độ và áp suất mà kích thước của những cụm này sẽ thay đổi.

Tại áp suất 1 bar, nhiệt độ sôi của nước là khoảng 100 độ C còn nhiệt độ nóng chảy là khoảng 0 độ C. Nhiệt độ này lớn hơn các chất có khối lượng phân tử cao hơn nước, bởi lẽ, liên kết hydro khiến các phân tử nước liên kết với nhau khá chặt chẽ.

Trong quá trình cân bằng, điều chỉnh lý giải các hiện tượng tự nhiên, liên kết hydro có vai trò rất quan trọng, cụ thể là:

• Giúp ổn định các phân tử nước để chúng tương tác với nhau và duy trì chất lỏng trên một phạm vi rộng lớn. 
• Làm tăng nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của nước. Nhờ đó mà cân bằng và giảm thiểu được lượng nước bốc hơi trong tự nhiên, góp phần điều hòa quá trình tuần hoàn của nước. 

• Các liên kết hidro khiến cho đá và băng nhẹ hơn nước, giúp chúng nôi lên trên mặt nước dù là một chất rắn.
• Hệ sinh thái và tuần hoàn nước trong tự nhiên cũng phụ thuộc rất lớn vào liên kết hydrogen, đó là hiện tượng bang tan, nước bốc hơi và sinh ra mưa. Nếu không có liên kết hydrogen, khả năng tuần hoàn nước tự nhiên sẽ bị gián đoạn. Nước sẽ không chuyển được từ các trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các hệ sinh thái động, thực vật trên Trái Đất.
• Liên kết hidro cũng giúp bảo vệ Trái Đất trước những biến đổi tiêu cực của thời tiết, giúp điều chỉnh nhiệt độ toàn cầu.

Hy vọng rằng những chia sẻ ở trên của Primer đã giúp các bạn hiểu hơn về liên kết hidro là gì và vai trò của liên kết hydro trong nước. Có thể thấy rằng, liên kết hydro trong nước có vai trò quan trọng trong việc giải thích các hiện tượng liên quan đến nước trong tự nhiên.