수소 결합(Hydrogen bonding)

수소 결합(Hydrogen bonding)은 질소, 산소 또는 불소와 같이 음의 원자에 공유 결합된 수소 원자를 포함하는 분자 간 결합의 한 종류입니다. 

 

수소 결합의 강도

수소 결합은 공유 결합보다 약하지만 반 데 발스 힘과 같은 다른 유형의 분자 간 힘보다 강합니다. 수소 결합의 강도는 수소 원자에 대한 부분 양전하와 다른 분자에 있는 전기 음전하 사이의 정전기적 인력에 의해 발생하고 이 힘에 따라 강도가 결정됩니다. 이것은 두 분자 사이에 쌍극자-쌍극자 상호 작용을 만들어 상대적으로 강하고 방향성 있는 결합을 만듭니다.

수소 결합은 이러한 유형의 결합을 나타내는 화합물의 몇 가지 고유한 특성을 만들어 냅니다. 예를 들어, 물 분자는 수소 결합에 의해 함께 묶여 있는데, 이것은 물이 높은 끓는점과 녹는점뿐만 아니라 많은 극성과 이온 화합물을 용해시키는 높은 표면 장력과 독특한 능력을 줍니다.

 

수소 결합의 예

수소 결합은 질소, 산소 또는 불소와 같은 매우 음의 원자에 공유 결합된 수소 원자를 포함하는 분자 사이에서 발생합니다. 다음은 수소 결합의 몇 가지 예입니다.

• 물: 수소 결합은 높은 끓는점과 녹는점, 높은 표면 장력, 그리고 많은 극성과 이온 화합물을 용해시키는 능력과 같은 물의 여러가지 독특한 특성을 가지게 합니다. 물 속에서, 각 분자는 최대 4개의 인접한 물 분자와 수소 결합을 형성할 수 있고, 결과적으로 물에 그 성질을 부여하는 수소 결합의 3차원 네트워크를 형성할 수 있습니다.
• DNA: 아데닌과 티민, 구아닌과 사이토신과 같은 상보적 염기쌍 사이의 수소 결합은 DNA의 이중 나선 구조에서 핵심적인 역할을 합니다. 수소 결합은 염기쌍을 함께 유지하고 DNA 분자의 구조를 안정화하는 데 도움을 줍니다.
• 단백질 구조: 수소 결합은 또한 단백질 접힘과 구조에서 중요한 역할을 합니다. 단백질에서, 수소 결합은 펩타이드 결합의 아미드 질소와 카르보닐 산소 사이와 같은 폴리펩타이드 사슬의 다른 부분과 아미노산 곁사슬 사이에 형성됩니다. 이러한 수소 결합은 단백질의 접힌 구조를 안정화하는 데 도움이 됩니다.
• 유기 화합물: 알코올과 유기산과 같은 음의 원자에 결합된 수소를 포함하는 많은 유기 화합물은 다른 분자 또는 그들 자신과 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 예를 들어, 에탄올 분자는 서로 수소 결합을 형성하여 수소 결합이 없는 유사한 화합물보다 끓는점과 점도가 더 높습니다.
• 암모니아: 암모니아(NH3)는 매우 음의 질소 원자에 결합된 수소 원자를 포함하는 분자입니다. 암모니아 분자는 서로 수소 결합을 형성하여 수소 결합이 없는 유사한 분자보다 끓는점이 높고 물에 대한 용해도가 높습니다.

수소 결합은 매우 음의 원자에 공유 결합된 수소 원자를 포함하는 분자들 사이에서 발생하는 상대적으로 강하고 방향성 있는 분자간 힘입니다. 이러한 유형의 결합을 나타내는 화합물의 몇 가지 고유한 물리적, 화학적 특성을 담당하며, 많은 생물학적, 화학적, 물리적 시스템에서 중요한 역할을 합니다.