수소 결합

hydrogen bonding

1 개요

실은 산소결합이다
화학 결합인 반 데르 발스 힘의 한 종류이다[1].
화학 결합의 일종...이 아니고 분자 간의 힘. 결합(bonding)이란 단어를 쓰는 이유는 그 세기가 타 분자 간 힘보다 훨씬 강하기 때문이다.

전기 음성도가 높은 플루오르, 산소, 질소 원자[2]에 공유 결합으로 붙은 수소와, 다른 플루오르, 산소, 질소 원자간에 존재하는 전자기적 인력에 의한 결합이다. 자석의 N극과 S극이 서로 잡아당긴다고 이해할 수도 있다. 단, 원자간의 반발력 때문에 완전하게 붙지 못한다.

비유하자면, 공유결합에 의해 전자를 다 털린 수소가 근처의 산소, 질소 등 전자를 여분으로 좀 들고 있는 원자에게 접근해서 빈대붙는 형태가 된다. 따라서 돈없는 전자가 모자라는 수소는 전자를 좀 더, 전자가 좀 남는 산소나 질소는 전자를 좀 나눠줌으로써 분자 전체의 엔트로피가 감소하는 효과가 있다. 물론 엔탈피는 꽤 되는데, 결합 형태에 따라 상당한 차이를 보인다.[3]

2 세기

분자간의 수소결합 에너지는 15~40kJ/mol 정도이다.

분자간 인력에는 쌍극자-쌍극자 인력, 분산력 등이 있으며, 이와 달리 수소 결합이라 불린다, 결합력이 강한 공유 결합, 금속결합 등과 마찬가지로 결합이라고 부르는 것이다. 이러한 이유로 수소결합을 하는 물질들의 끓는점은 비슷한 분자량을 가지는 다른 물질에 비해서 월등히 높은 특성을 보인다.(수능에 자주 나온다) 물론 원자간의 결합에 비하면 한참 못미치지만(가장 흔한 결합인 공유결합 에너지는 단일결합시 150~200kj/mol ) 분자간의 결합치고는 매우 강한 편인 것이다.
때문에 물은 매우 적은 분자량에도 불구하고 상온에서 액체상태를 띄게 되었다. 그뿐만 아니라 잠열의 크기도 매우 큰데, 이는 모두 수소결합에 의한 강한 분자간 인력 때문이다. 전 지구적으로 강한 힘을 가지는 태풍의 에너지원이 물의 잠열임을 생각하면 결코 무시할 수준이 아니다.

3 예시

  • DNA 이중나선 : A-T, G-C간의 수소결합[4]으로 두 가닥의 DNA가 결합할 수 있다.
  • 세포막 이중층 구조 : 친수기의 수소결합을 통해 구조를 유지할 수 있다.
  • 카복실산 : (특히 간단한 분자에서) 비극성 용매 하에서 2개의 CO2H기간 수소결합으로 2합체를 만든다.
  • 물 - 표면장력 : H2O는 구조가 같은 H2S나 H2Se 따위보다 결합이 매우 강하다.
  • 알코올
  1. ↑ 반데르 발스 힘에는 수소결합이 포함되지 않는다. 쌍극자-쌍극자 힘과 분산력을 통틀어 반데르발스 힘이라고 한다.
  2. ↑ 원자 기호로는 F, O, N. ~~외우기 쉽게 폰이라고도 한다.
  3. ↑ 상온에서의 물과 암모니아가 서로 다른 상태인 것은 바로 이 차이 때문이다.
  4. ↑ A-T사이에는 2개, G-C사이에는 3개의 수소 결합