IB生物教材中常见的键有4种,即肽键、氢键、磷酸二酯键、高能磷酸键,需要学生对这四种键都有所了解,而氢键相对偏向化学知识,对现在化学只是学考的学生来说,相对难理解,需要适当介绍补充相关知识。
例如,在试题中,“水温的降低伴随氢键的破坏,会释放热量”,这是错误的选项,有些学生不知道氢键形成的原理,很难理解,不知道水温的降低伴随氢键的形成,会释放热量。
IB生物知识中的氢键
1.氢键在生物体中的体现
氢键在生命物质中起至关重要的作用。
例如,DNA中相邻的两条链中互补的两个碱基之间有氢键如A和T,C和G,其中A和T中有两个氢键C和G中有三个氢键,所以C-G碱基对比A-T碱基对稳定。tRNA中也有氢键,因为它是局部环状要靠氢键来维持它的环状,某些逆转录病毒在逆转录过程中也会形成RNA和DNA之间的氢键。
生物体系中最普遍最基础的物质-蛋白质的结构和功能都与氢键密切相关,在结构上,研究蛋白质的最重要的二级结构是有氢键决定的,如α螺旋、β折叠等,另外蛋白质的三级及四级结构也与氢键有关,所以说没有氢键,蛋白质就不能形成正确的空间结构,生命活动就无从进行;此外蛋白质就算形成了正确的空间结构,要形成其生理功能,也离不开氢键。所以说,没有氢键,作为生命最重要表征的蛋白质就无法行使功能,也就不存在多姿多彩的生物了。
正是由于氢键对生命的重要作用,所以可以说“没有氢键生命几乎就不存在”。
2.水分子之间存在氢键的作用
大家都知道“没有水,生命就不能存在”。正是由于地球表70%被水覆盖,大量的海水在白天把太阳能贮藏在体内,夜晚再慢慢地把热量释放出来,调节了地球的气温。
在这当中,水的比热扮演了重要角色。这是因为水分子之间存在氢键,要使水分子的热运动加剧,就必须克服它们分子之间较强的氢键作用,使水温每升高一度,就需要吸收更多的热量。氢键的存在导致了水有较大的比热,才能保护地球不会被悬殊的昼夜温差变成一个死寂的世界。
3.氢键的定义和形成
氢键可以在分子间形成,也可以在分子内形成。半径小、吸引电子能力强的原子与H核之间的很强的作用叫氢键。通常我们可以把氢键看做一种比较强的分子间作用力。
当氢原子与电负性大的原子X以共价键相结合时,由于H-X键具有强极性,这时H相对带上较强的正电荷,而X相对带上较强的负电荷。当氢原子以其唯一的一个电子与X成键后,就变成无内层电子、半径极小的核,其正电场强度很大,以至当另一HX分子的X原子以其孤对电子向H靠近时,非但很少受到电子之间的排斥,反而互相吸引,抵达一定平衡距离即形成氢键。
4.氢键的存在对物质的性质的影响
氢键的存在可以使物质的熔沸点升高,对物质的溶解度也有一定的影响,比如水和乙醇能以任意比例互溶。
在极性溶剂中,如果溶质分子和溶剂分子间能形成氢键,就会促进分子间的结合,导致溶解度增大。例如,由于乙醇分子与水分子间能形成不同分子间的氢键,故乙醇与水能以任意比互溶。而乙醇的同分异构体二甲醚分子中不存在羟基,因而在二甲醚分子与水分子间不能形成氢键,二甲醚很难熔解于水。
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