Водородна връзка: примери и видове химически връзки

Ако погледнете хронологията на изучаването в химическата наука, способността на атомите от различни елементи да взаимодействат помежду си, тя може да се отличи в средата на XIX век. По това време учените обръщат внимание на факта, че водородните съединения на кислород, флуор и азот се характеризират с група свойства, които могат да се нарекат аномални.

Това са, на първо място, много високи точки на топене и кипене, например вода или флуороводород, които са по-големи от други подобни съединения. Понастоящем вече е известно, че тези свойства на тези вещества се определят от свойството на водородните атоми, за да се образува необичаен тип връзка с атомите на елементите, които имат висок индекс на електронегодност. Нарича се водород. Свойствата на връзката, специфичността на нейното формиране и примерите на съединенията, които я съдържат, са основните точки, на които ще се занимаваме в нашата статия.

Причини за комуникация

Действието на силите на електростатичното привличане е физическата основа за появата на повечето видове химически връзки. Видовете химични връзки, които възникват поради взаимодействието на противоположно заредени атомни ядра на един елемент и на електроните на другия, са добре известни. Това е ковалентна неполярна и полярна връзка, характерна за прости и сложни съединения от неметални елементи.

Например, между флуорен атом, чиято електронегонактивност е най-голяма, и електрически неутралната водородна частица, чийто едноелектрически облак първоначално принадлежи само към атома Н, се отменя отрицателно заредената плътност. Сега самият водороден атом може с право да се нарече протон. Какво ще стане след това?

Електростатично взаимодействие

Електронният облак на водородния атом почти изцяло преминава в посоката на флуориновата частица и придобива прекалено отрицателен заряд. Между голите, тоест, лишени от отрицателна плътност, водородният атом - протонът и йонът F^- Съседната молекула на водород флуорид проявява сила на електростатична атракция. Това води до появата на междумолекулна водородна връзка. Поради появата му няколко HF молекули могат да образуват стабилни асоциирани вещества.

Основното условие за образуването на водородна връзка е наличието на атом на химичен елемент с висока електронегонактивност и взаимодействащ водороден протон. Този тип взаимодействие най-ясно се проявява в съединения на кислорода и флуор (вода, флуороводород), по-малко в съдържащи азот вещества, например амоняк и дори по-малко в сяра и хлорни съединения. Примери на водородна връзка, образувана между молекулите, също могат да бъдат намерени в органични вещества.

По този начин, във алкохола между кислородните и водородните атоми на функционалните хидроксилни групи също възникват електростатични атракционни сили. Ето защо дори и първите представители на хомоложната серия - метанол и етилов алкохол - са течности, а не газове, като други вещества с такъв състав и молекулно тегло.

Енергия, характерна за комуникацията

Нека сравним енергийната интензивност на ковалентната (40-100 kcal / mol) и водородното свързване. Примерите, дадени по-долу, потвърждават следното твърдение: водородният тип съдържа само 2 kcal / mol (между димери на амоняк) и 10 kcal / mol енергия в флуорните съединения. Но се оказва, че е достатъчно частиците на някои вещества да се свързват с асоциираните: димери, тетра - и полимери - групи, състоящи се от много молекули.

Те са не само в течната фаза на съединението, но могат да бъдат запазени, без да се разпадат, по време на прехода към състоянието на газа. Ето защо водородните връзки, които осигуряват задържането на молекулите в групи, причиняват необичайно високи температури на кипене и топене на амоняк, вода или флуороводород.

Как се свързва водните молекули

Както неорганичните, така и органичните вещества имат няколко вида химически връзки. Химическата връзка, която възниква в процеса на свързване на полярните частици помежду си, наречена междумолекулен водород, може радикално да промени физикохимичните характеристики на съединението. Ние доказваме това твърдение, като разглеждаме свойствата на водата. Молекулите Н₂О имат формата на диполи - частици, чиито стълбове имат противоположни заряди.

Съседните молекули се привличат един към друг чрез положително заредени водородни протони и отрицателни заряди на кислородния атом. В резултат на този процес се образуват молекулни комплекси, които водят до появата на температури с аномално висока температура на кипене и топене, висока топлинна мощност и топлинна проводимост на съединението.

Уникални свойства на водата

Наличието на водородни връзки между частиците Н₂О е причината за много от неговите жизнени свойства. Водата осигурява най-важните метаболитни реакции - хидролиза на въглехидрати, протеини и мазнини, които текат в клетката - и е разтворител. Такава вода, която е част от цитоплазмата или междуклетъчната течност, се нарича свободна. Благодарение на водородните връзки между молекулите, тя образува хидратирани черупки около протеини и гликопротеини, които предотвратяват срутването между макромолекулите на полимерите.

В този случай водата се нарича структурирана. Примерите за водородната връзка, възникващи между частиците Н₂О, докаже своята водеща роля в образуването на основните физични и химични свойства на органични вещества - протеини и полизахариди, асимилация и дисимилация процеси, протичащи в живите системи, както и да се осигури тяхната топлина баланс.

Вътрешномолекулна водородна връзка

Салициловата киселина е един от добре познатите и отдавна установени лекарствени продукти с противовъзпалително, заздравяващо раните и антимикробно действие. Самата киселина, бромо-производните на фенола, органичните комплексни съединения са способни да образуват вътремолекулна водородна връзка. Примерите, дадени по-долу, показват механизма на неговото формиране. Така, в пространствената конфигурация на молекулата на салициловата киселина, кислородният атом на карбонилната група и водородният протон на хидроксилния радикал могат да се сближат.

Поради по-голямата електронегодност на кислородния атом, електронът на водородната частица почти изцяло попада под въздействието на кислородното ядро. Вътре в молекулата на салициловата киселина се появява водородна връзка, което увеличава киселинността на разтвора поради повишаване на концентрацията на водородни йони в него.

Обобщавайки, можем да кажем, че този тип взаимодействие между атомите се проявява в случая, когато групата на донора (частицата, която дава електрона) и атома на акцептора, който я получава, са част от една и съща молекула.