Hidrojen Bağı Nedir? Oluşumu, Vericisi ve Alıcısı

Hidrojen bağının tanımı ve oluşum koşulları

Hidrojen bağı, bir molekülde elektronegatif bir atoma bağlı bulunan hidrojen ile başka bir elektronegatif atom arasındaki yönlü çekimdir. Lise düzeyinde en yaygın hidrojen bağı örnekleri, hidrojenin oksijen, azot veya flor atomuna bağlı olduğu moleküllerde görülür. Bu etkileşim, hidrojen atomunun iki molekül arasında yeni bir kovalent bağ kurması anlamına gelmez; moleküllerin kısmi yükleri ve elektron çiftleri arasındaki çekimden doğar.

Oksijen, azot ve flor elektronegatif oldukları için bağlı oldukları hidrojeni kısmen pozitif hâle getirir. Hidrojenin bu kısmi pozitif bölgesi, komşu bir moleküldeki elektronegatif atomun ortaklanmamış elektron çifline yaklaşır. Böylece bir moleküldeki O–H, N–H veya F–H bölgesi hidrojen bağının bir tarafını; komşu moleküldeki uygun elektron çifti ise diğer tarafını oluşturur. Örneğin iki su molekülü arasında, bir su molekülünün O–H grubundaki hidrojen ile diğer su molekülünün oksijen atomu arasında hidrojen bağı kurulabilir.

Hidrojen bağı vericisi ve alıcısı

Hidrojen bağı vericisi, elektronegatif bir atoma kovalent bağla bağlı hidrojen içeren molekül bölgesidir. O–H, N–H ve F–H bağları bu açıdan en sık karşılaşılan verici gruplardır. Verici, hidrojen bağının kendisini tek başına oluşturmaz; bağlı hidrojenini karşı taraftaki uygun elektronegatif atoma yöneltir.

Hidrojen bağı alıcısı ise ortaklanmamış elektron çifti bulunan elektronegatif atomdur. Bu elektron çifti, vericideki kısmi pozitif hidrojenle çekim oluşturur. Örneğin amonyak molekülünde NH3 içindeki N–H bağları verici olabilir; azot atomundaki ortaklanmamış elektron çifti ise başka bir hidrojen bağı için alıcı olabilir. Bu nedenle NH3 molekülleri birbirleriyle hidrojen bağı kurabilir. Alıcıyı belirlerken yalnızca molekülde azot, oksijen veya flor bulunmasına değil, bu atomda hidrojen bağına katılabilecek ortaklanmamış elektron çifti olup olmadığına da bakılır.

Hidrojen bağı oluşturabilen yaygın atomlar ve moleküller

Hidrojen bağlarında en yaygın atomlar azot, oksijen ve flordur. Su (H2O) ve amonyak (NH3), sırasıyla oksijen ve azot içerdikleri için temel örneklerdir. Hidrojen florür (HF) de florun yüksek elektronegatifliği ve moleküldeki H–F düzeni nedeniyle hidrojen bağı örnekleri arasında incelenir. Alkoller gibi O–H grubu taşıyan moleküller de kendi aralarında ve suyla hidrojen bağı kurabilir. Bir molekülün hidrojen bağı oluşturup oluşturamayacağını anlamak için bir yandan verici olabilecek H–N, H–O veya H–F bağını, diğer yandan alıcı olabilecek ortaklanmamış elektron çiftini aramak gerekir. Örneğin NH3 hem N–H bağlarıyla verici hem de azotundaki elektron çiftiyle alıcı olabilir; yalnızca hidrojen içeren fakat hidrojeni karbon gibi daha az elektronegatif bir atoma bağlı olan bir molekül ise bu ölçütlere göre tipik hidrojen bağı örneği değildir.

Kovalent bağ ve diğer moleküller arası etkileşimlerden farkı

Kovalent bağ, atomların elektron çiftlerini ortaklaşa kullanarak aynı molekülün yapısını oluşturmasıdır. Örneğin su molekülündeki O–H bağı kovalent bağdır; oksijen ve hidrojen atomlarını molekül içinde bir arada tutar. Bu O–H bağının hidrojen bağıyla karıştırılmaması gerekir. Hidrojen bağı ise bir moleküldeki kısmi pozitif hidrojen ile başka bir moleküldeki uygun elektronegatif atom arasında oluşan moleküller arası veya molekül içi çekimdir.

Dipol-dipol ve London kuvvetleri de moleküller arası etkileşimlerdir; ancak hidrojen bağı, belirli bir hidrojenin elektronegatif atoma bağlı olmasını ve alıcı atomda uygun ortaklanmamış elektron çifti bulunmasını gerektirir. Bu yüzden her molekülün hidrojen bağı oluşturduğu söylenemez. İyonik bağda ise zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik çekim söz konusudur; hidrojen bağı iyonik bağın yerine geçen bir bağ türü değildir. DNA’daki tamamlayıcı baz çiftlerinin hidrojen bağlarıyla bir arada tutulması, bu etkileşimin kovalent bağlardan daha kolay ayrılabilen bir bağlantı sağlayabildiğini gösteren biyolojik bir örnektir.

Molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağı

Moleküller arası hidrojen bağı, farklı moleküllerde bulunan verici ve alıcı bölgeler arasında oluşur. Su moleküllerinin birbirleriyle, amonyak moleküllerinin kendi aralarında veya su ile alkol moleküllerinin uygun bölgeleri arasında kurulan çekimler bu gruba girer. Bu durumda bir molekülün verici bölgesi başka bir molekülün alıcı atomuna yaklaşır ve moleküller birbirini daha güçlü biçimde çeker.

Molekül içi hidrojen bağı ise verici ve alıcı grupların aynı molekül üzerinde bulunmasıyla oluşur. Örneğin salisilik asitteki hidroksil grubunun hidrojeni ile aynı moleküldeki yakın karbonil oksijeni arasında hidrojen bağı kurulabilir. Burada iki farklı molekülün birleşmesi gerekmez; molekülün uzaydaki düzeni, bir bölümünün başka bir bölümüne yaklaşmasına izin verir. Ayırt etmek için verici ve alıcının aynı molekülde mi, farklı moleküllerde mi bulunduğuna bakılır. DNA ve proteinlerde hidrojen bağlarının bulunduğu bilinir; ayrıntılı yapısal rolleri ayrı bir konudur.

Hidrojen bağının maddelerin fiziksel özelliklerine etkisi

Hidrojen bağları, moleküller arasındaki çekimi artırdığı için bir maddenin fiziksel özelliklerini etkileyebilir. Moleküller birbirini daha güçlü çektiğinde sıvıdan gaza geçmek zorlaşır; bu durum kaynama noktasının yükselmesine ve aynı sıcaklıkta buhar basıncının düşmesine katkı sağlar. Örneğin amonyak molekülleri arasındaki hidrojen bağları, sıvı amonyağın buharlaşması için gereken enerjiyi artırır; amonyağın kaynama noktası −33 °C’dir ve bu etki buharlaşma entalpisini yükseltir.

Hidrojen bağları çözünürlüğü de etkileyebilir. Su ile hidrojen bağı kurabilen polar moleküller, su molekülleriyle etkileşebildikleri için çoğu durumda suda daha kolay dağılabilir. Bununla birlikte çözünme, yalnızca tek bir bağın varlığına değil, çözünen ve çözücü arasındaki toplam etkileşimlere bağlıdır. Suda oksijen atomları ile hidrojenler arasında çok sayıda hidrojen bağı oluşur; suyun bazı sıra dışı özelliklerinin ayrıntılı açıklaması ise bu makalenin kapsamı dışındadır.