Wasserstoffbrückenbindung

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Wasserstoffbrücke zwischen zwei Wassermolekülen
Dipolmoment des Wassermoleküls (H2O-Moleküls)
rot: negative Teilladung
blau: positive Teilladung
grün: Dipolmoment

Ein Wasserstoffbrückenbindung, kurz auch Wasserstoffbrücke oder H-Brücke beruht auf den zwischenmolekularen Kräften, die sich zwischen Molekülen wirken, in denen Wasserstoffatome (H) an besonders stark elektronegative Atome wie namentlich Stickstoff (N), Sauerstoff (O) oder Fluor (F) gebunden sind, die die Elektronendichte an den Wasserstoffatomen verringern. Die Moleküle werden dadurch polarisiert. Die Wasserstoffatome erhalten dadurch eine eine positive Partialladung LaTeX: \delta^+ (bedingt durch das positiv geladene Proton im Kern des H-Atoms) und die elektronegativen Atome eine entsprechende negative Partialladung LaTeX: \delta^-.

Obwohl Wasserstoffbrückenbindungen zumeist schwächer und kurzlebiger als kovalente und Ionische Bindungen sind, haben sie einen deutlichen Einfluss auf die Eigenschaften eines Stoffes. Diese haben etwa einen im Verhältnis zu ihrer Molmasse auffallend hohen Siedepunkt und Schmelzpunkt. Das beste Beispiel dafür ist das Wasser (H2O), das trotz seiner geringen Molmasse von etwa 18 g/mol bei Normaldruck einen Gefrierpunkt von 0 °C und einen Siedepunkt von 100 °C hat. Ohne Wasserstoffbrückenbindungen wäre Wasser noch viel flüchtiger als der ähnlich gebaute Schwefelwasserstoff (H2S), der bei einem Molgewicht von rund 34 g/mol erst bei −85,7 °C[1] gefriert und bei −60,2 °C[1] siedet. Infolge der Wasserstoffbrücken bildet sich im flüssigen Wasser eine dynamische dreidimensional vernetzte Struktur aus, die auch die Ursache für die bekannte Anomalie des Wassers ist: Flüssiges Wasser hat seine größte Dichte bei etwa 4 °C und dehnt sich bei weiterer Abkühlung wieder aus, sodass sogar das feste Eis auf dem flüssigen Wasser schwimmt. Hätte Wasser diese Eigenschaften nicht, wäre das Leben, wie wir es auf Erden kennen, nicht möglich.

Literatur

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Eintrag zu Schwefelwasserstoff in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 19. August 2019