• :00Tage
  • :00Std
  • :00Min
  • 00Sek
Ein neues Zeitalter des Lernens steht bevorKostenlos anmelden
Login Anmelden

Select your language

Suggested languages for you:
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Wasserstoffbrückenbindungen

Hast Du Dich schon mal gefragt, warum Schneeflocken immer in einer sechseckigen Anordnung kristallisieren? Der Grund dafür sind Wasserstoffbrückenbindungen. Bei Wasserstoffbrückenbindungen kommt es zu einer Anziehung zwischen einem Wasserstoffatom, welches an ein Molekül gebunden ist, und einem freien Elektronenpaar eines anderen Moleküls. Es handelt sich dabei um die stärksten zwischenmolekularen Wechselwirkungen.  Die Wasserstoffbrückenbindung wird auch kurz Wasserstoffbrücke genannt und ist eine chemische…

Von Expert*innen geprüfte Inhalte
Kostenlose StudySmarter App mit über 20 Millionen Studierenden
Mockup Schule

Entdecke über 200 Millionen kostenlose Materialien in unserer App

Wasserstoffbrückenbindungen

Wasserstoffbrückenbindungen
Illustration

Lerne mit deinen Freunden und bleibe auf dem richtigen Kurs mit deinen persönlichen Lernstatistiken

Jetzt kostenlos anmelden

Nie wieder prokastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Jetzt kostenlos anmelden
Illustration

Hast Du Dich schon mal gefragt, warum Schneeflocken immer in einer sechseckigen Anordnung kristallisieren? Der Grund dafür sind Wasserstoffbrückenbindungen.

Bei Wasserstoffbrückenbindungen kommt es zu einer Anziehung zwischen einem Wasserstoffatom, welches an ein Molekül gebunden ist, und einem freien Elektronenpaar eines anderen Moleküls. Es handelt sich dabei um die stärksten zwischenmolekularen Wechselwirkungen.

Die Wasserstoffbrückenbindung wird auch kurz Wasserstoffbrücke genannt und ist eine chemische Bindung von elektrostatischer Natur. Die Bindungskräfte sind jedoch schwächer als die kovalente Bindung und Ionenbindung. Wie im Namen erwähnt wird, ist die Wasserstoffbrückenbindung eine Brücke zwischen Wasserstoffatomen und Molekülen.

Wasserstoffbrückenbindung – Entstehung

Es gibt zwei Situationen, wie Wasserstoffbrückenbindungen entstehen können:

  • zwischen zwei Molekülen
  • zwischen zwei voneinander getrennten Abschnitten eines größeren Makromoleküls

Hierbei entsteht die Wasserstoffbrückenbindung zwischen Wasserstoffatomen und den entsprechenden "Partneratomen".

Damit solch eine Bindung entstehen kann, muss das Wasserstoffatom (H) sich kovalent an ein Atom binden, das eine deutlich höhere Elektronegativität hat.

Stark elektronegative Atome sind:

  • Stickstoff (N)
  • Sauerstoff (O)
  • Fluor (F)
  • in manchen Fällen auch Chlor (Cl)

Diese elektronegativen Atome besitzen ein freies, negativ geladenes Elektronenpaar.

Am einfachsten lassen sich Wasserstoffbrückenbindungen an Wassermolekülen erklären. Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen (H2O). Die Wasserstoffbrückenbindung bildet sich zwischen dem Sauerstoffatom des einen Wassermoleküls und zwei Wasserstoffatomen zweier fremder Wassermoleküle.

Aus diesem Grund kann jedes Wassermolekül vier Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Dabei bindet es mit seinen Wasserstoffatomen an zwei andere Sauerstoffatome, und mit seinem eigenen Sauerstoffatom an zwei fremde Wasserstoffatome.

Wasserstoffbrückenbindung, Wasserstoffbrückenbindung in einem Wassermolekül, StudySmarterAbbildung 1: Wasserstoffbrückenbindungen in einem WassersmolekülQuelle: www.quizlet.com

Da Sauerstoff stark elektronegativ ist, zieht es die negativen Elektronen des Wasserstoffatoms zu sich. An dem Sauerstoffatom bildet sich eine negative Teilladung. Diese wird durch ein δ- dargestellt.

Da dem H-Atom negative Elektronen fehlen, bildet sich hier gleichzeitig eine positive Teilladung aus. Diese wird durch ein δ+ dargestellt. Dadurch kann das H-Atom mit den freien Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms in Wechselwirkung treten. Das H-Atom ist jetzt partiell positiv und das Sauerstoffatom partiell negativ geladen. Diese Wechselwirkung nennt man Wasserstoffbrückenbindung.

Um die Wasserstoffbrückenbindungen zu lösen, ist Energie nötig. Deshalb liegt der Siedepunkt des Wassers bei 100 °C.

Vorkommen von Wasserstoffbrückenbindungen

Wasserstoffbrückenbindungen, abgekürzt WBB oder HBB, spielen eine wichtige Rolle in der Chemie. Im Folgenden findest Du einen Überblick, wo überall Wasserstoffbrückenbindungen (HBB) vorkommen:

Wo?Was bewirken die HBB?
Wasser
  • Möglichkeiten der Aggregatzustände: flüssiger und fester Zustand
  • Kohäsion
  • Hoher Siedepunkt
  • Dichteanomalie des Wassers
Proteine
  • Stabilisierung der Sekundärstrukturen (Alpha-Helix oder Faltblatt)
  • Stabilisierung der Tertiärstruktur
  • Bindung zur Quartärstruktur
  • Stabilisierung von synthetischen Strukturen
RNA
  • Komplementäre Basenpaarung innerhalb der tRNA-Moleküle
  • Basenpaarung zwischen RNA- und DNA-Molekülen
DNA
  • Komplementäre Basenpaarung innerhalb Doppelhelix
  • Zusammenhalt beider DNA Stränge durch Wasserstoffbrückenbindungen

Anomalie des Wassers

Wie Du bereits gelesen hast, sind die Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen für viele Eigenschaften des Wassers verantwortlich. Dazu zählt auch die sogenannte Dichteanomalie des Wassers.

Wassermoleküle im Wasser können bis zu vier Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Dadurch entsteht ein dreidimensionales Netzwerk. Diese Struktur ist nicht starr, denn es werden ständig Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen und neue werden gleichzeitig gebildet.

Die Besonderheit von Wasser ist, dass es bei 4 °C das kleinste Volumen und die höchste Dichte hat. Bei 4 °C nimmt das Volumen sowohl bei steigender als auch bei fallender Temperatur zu. Die Dichte wird also kleiner. Keine andere Flüssigkeit hat diese Eigenschaft.

Erst wenn Wasser zu Eis wird, wird die Struktur fest und es bilden sich Kristalle. Durch die Wasserstoffbrückenbindungen wird eine regelmäßige sechseckige Struktur, ein Hexagon, ausgebildet. Diese Struktur hat große Hohlräume, wodurch sich Wasser beim Einfrieren ausdehnt.

Die Frage aus der Einleitung, warum Schneeflocken immer in einer sechseckigen Anordnung kristallisieren, kann somit beantwortet werden. Die Wasserstoffbrückenbindungen bedingen diese Struktur.

Wasserstoffbrückenbindung, Struktur eines Eiskristalls Erklärung StudySmarterAbbildung 2: Struktur eines EiskristallsQuelle: www.msa-berlin.de

Eis nimmt mehr Raum ein, da die Wasserstoffbrückenbindungen verhindern, dass sich die Wassermoleküle näher kommen. Daher nimmt die Dichte beim Übergang von dem flüssigen in den festen Zustand ab. Bei anderen Flüssigkeiten ist dieser Vorgang umgekehrt. In einem festen Stoff liegen üblicherweise die Moleküle sehr nah beieinander. Die Dichte des Stoffes nimmt folglich zu, wenn er erstarrt. Die Anomalie bezeichnet in diesem Fall, dass Wasser "von der Norm abweicht".

Wenn Wasser hingegen verdampfen soll, wird sehr viel Energie benötigt, um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen. Deswegen ist der Siedepunkt des Wassers mit 100 °C verhältnismäßig hoch. Im Wasser sind überwiegend 2, 4 oder 8 Wassermoleküle miteinander verbunden, die mit viel Energie getrennt werden müssen.

Wasserstoffbrückenbindungen in der DNA

Die DNA besteht aus zwei aneinander gebundene Ketten. Das Rückgrat der beiden Stränge sind Phosphat-Desoxyribose-Ketten, die über vier verschiedene Basen miteinander verbunden sind. Mithilfe der Wasserstoffbrückenbindungen werden nun zwei gegenüberliegende Basen miteinander verbunden.

Wasserstoffbrückenbindung, Struktur der DNA, StudySmarterAbbildung 3: Struktur der DNA. Quelle: www.biologie-schule.de

Die vier Basen, die in der DNA vorkommen, sind:

  • Adenin (A)
  • Guanin (G)
  • Thymin (T)
  • Cytosin (C)

Jeweils Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin bilden immer Paare.

Wasserstoffbrückenbindung, Wasserstoffbrückenbindungen in der DNA, StudySmarterAbbildung 4: Wasserstoffbrückenbindungen in der DNAQuelle: www.chem.uzh.ch

Während bei Adenin und Thymin zwei Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet werden, sind es bei Cytosin und Guanin drei.

Zur Weitergabe der DNA werden diese Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen, da so immer ein Strang kopiert wird. Je mehr Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet worden sind, desto mehr Energie wird benötigt, um die Bindung zu trennen.

Daher wird mehr Energie benötigt, um die Wasserstoffbrückenbindungen bei Guanin und Cytosin zu trennen.

Wasserstoffbrückenbindungen - Das Wichtigste

  • Eine Brücke zwischen Wasserstoffmolekülen und Atomen, die eine höhere Elektronegativität haben als der Wasserstoff, wird als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet.
    • Zuerst wird das Wasserstoffatom positiv polarisiert und das Molekül mit der höheren Elektronegativität wird negativ polarisiert.
    • Dann wird das H-Atom von dem negativen freien Elektronenpaar des anderen Moleküls angezogen und es entsteht eine Wechselwirkung: die Wasserstoffbrückenbindung.
  • Am häufigsten kommen Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser vor
  • Auch in der DNA, in der RNA und in den Proteinen kommen Wasserstoffbrückenbindungen vor.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Wasserstoffbrückenbindungen

Bei Wasserstoffbrückenbindungen kommt es zu einer Anziehung zwischen einem Wasserstoffatom, welches an ein Molekül gebunden ist, und einem freien Elektronenpaar eines anderen Moleküls. Es handelt sich dabei um die stärksten zwischenmolekularen Wechselwirkungen.  

Wasserstoffbrückenbindungen entstehen wenn es zu einer Anziehung zwischen zwei Molekülen oder zwei weit genug voneinander entfernten Abschnitten eines Makromoleküls kommt. Die Wechselwirkung tritt dabei über ein Wasserstoffatom (H) und ein elektronegativeres Atom auf. 

Zuerst wird das Wasserstoffatom positiv polarisiert und das Molekül mit der höheren Elektronegativität wird negativ polarisiert. Dann wird das H-Atom von dem negativen freien Elektronenpaar des anderen Moleküls angezogen und es entsteht eine Wechselwirkung: die Wasserstoffbrückenbindung.

Zuerst wird das Wasserstoffatom positiv polarisiert und das Molekül mit der höheren Elektronegativität wird negativ polarisiert. Dann wird das H-Atom von dem negativen freien Elektronenpaar des anderen Moleküls angezogen und es entsteht eine Wechselwirkung: die Wasserstoffbrückenbindung.

Mehr zum Thema Wasserstoffbrückenbindungen
60%

der Nutzer schaffen das Wasserstoffbrückenbindungen Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Wie möchtest du den Inhalt lernen?

Karteikarten erstellen
Inhalte meiner Freund:innen lernen
Ein Quiz machen

94% der StudySmarter Nutzer erzielen bessere Noten.

Jetzt anmelden

94% der StudySmarter Nutzer erzielen bessere Noten.

Jetzt anmelden

Wie möchtest du den Inhalt lernen?

Karteikarten erstellen
Inhalte meiner Freund:innen lernen
Ein Quiz machen

Kostenloser chemie Spickzettel

Alles was du zu . wissen musst. Perfekt zusammengefasst, sodass du es dir leicht merken kannst!

Jetzt anmelden

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.

Fang an mit StudySmarter zu lernen, die einzige Lernapp, die du brauchst.

Jetzt kostenlos anmelden
Illustration