수소결합

요약 O·N·F 등 전기음성도가 강한 2개의 원자 사이에 수소원자가 들어감으로써 생기는 강한 분자 간 인력으로, X－H…Y와 같이 표시되는데, 그 존재는 X－H기(基)의 신축진동(伸縮振動)의 변화를 적외선흡수스펙트럼에 의하여 확인할 수가 있다.

예를 들면 물의 결정인 얼음에서는 물분자 H₂O가 단독으로 존재하여 결정격자를 만드는 것이 아니라, 1개의 물분자를 볼 때, 그 안의 산소원자를 중심으로 하여 4개의 물분자가 정사면체꼴로 둘러싸고, 이것이 무한히 연결된 결정으로 되어 있다. 이 경우 O－H로 나타낸 부분은 보통의 화학결합이지만, H…O의 부분 또는 그것을 포함하는 O－H…O와 같은 결합을 수소결합이라 한다.

일반적으로 수소결합은 O·N·F등 전기음성도가 강한 원자 사이에 수소원자가 들어갈 때 생기는 것으로, X－H…Y와 같이 표시된다. 이것은 X－H…Y라는 결합에서는 X－H가 공유결합이라도 X의 강한 전기음성에 의하여 수소원자의 전자가 X쪽에 강하게 끌리는 것을 뜻한다. 따라서 H는 거의 노출된 양성자로 되고, 이것으로 인하여 강한 전기음성도를 지닌 Y는 양성자받개(수용체)로서 H에 접근하여 약한 결합이 생기게 된다(결합에너지는 2∼8 kcal/mol).

수소결합은 여러 가지 물질에 중요한 영향을 미치고 있다. 앞의 얼음의 경우에는 수소결합에 의하여 생긴 그물코구조로 해서 상당한 공간이 생긴다. 얼음을 가열할 때 녹는점에서 어느 정도의 융해열이 필요한 것은 이 수소결합을 절단하기 위한 것이며, 물은 수소결합이 어느 정도 절단된 상태이므로 1개의 물분자를 둘러싸는 다른 물분자의 수가 증가하여, 물분자 사이의 틈이 작아진다.

따라서 얼음보다도 물이 밀도가 큰 것이 된다. 최근에 불포화결합의 π전자와의 사이에도 약한 결합이 인정되고 있는데, 이 경우는 특히 π수소결합이라 한다. 수소결합의 존재는 X－H기(基)의 신축진동(伸縮振動)의 변화를 적외선흡수스펙트럼에 의하여 확인할 수가 있다.

또, X와 Y의 원자간 거리를 측정하면 X－H와 Y와의 판데르발스 반지름의 합보다 짧다. 이 결합은 생체 내의 생명현상에서 중요한 구실을 하고 있다. 예를 들면 단백질(蛋白質)의 변성도 수소결합의 상태 변화에 의한 경우가 많다.