Ako pogledate hronologiju proučavanja u hemijskoj nauci sposobnosti atoma različitih elemenata da međusobno deluju, možemo izdvojiti sredinu 19. veka. Tada su naučnici skrenuli pažnju na činjenicu da jedinjenja vodonika kiseonika, fluora, azota karakteriše grupa svojstava koja se mogu nazvati anomalnom.
To su, prije svega, vrlo visoke tačke topljenja i ključanja, na primjer, za vodu ili fluorovodonik, koje su veće nego za druga slična jedinjenja. Trenutno je već poznato da su ove karakteristike ovih supstanci određene svojstvom atoma vodika da formiraju neobičnu vrstu veze s atomima elemenata koji imaju visok indeks elektronegativnosti. Zvali su ga vodonik. Svojstva veze, specifičnosti njenog formiranja i primjeri spojeva koji je sadrže glavne su točke na koje ćemo se fokusirati u našem članku.
Razlog za povezivanje
Djelovanje sila elektrostatičke privlačnosti jefizička osnova za pojavu većine vrsta hemijskih veza. Dobro su poznate vrste hemijskih veza koje su nastale zbog interakcije suprotno nabijenih atomskih jezgara jednog elementa i elektrona drugog. To su kovalentne nepolarne i polarne veze, karakteristične za jednostavne i složene spojeve nemetalnih elemenata.
Na primjer, između atoma fluora, koji ima najveću elektronegativnost, i elektroneutralne čestice vodika, čiji je jednoelektronski oblak u početku pripadao samo H atomu, dolazi do pomaka u negativno nabijenoj gustini. Sada se sam atom vodika s pravom može nazvati protonom. Šta se dalje događa?
Elektrostatička interakcija
Elektronski oblak atoma vodika gotovo u potpunosti prelazi prema čestici fluora i ona dobija višak negativnog naboja. Između golog, odnosno lišenog negativne gustine, atoma vodonika - protona, i F- jona susjednog molekula fluorovodonika, ispoljava se sila elektrostatičke privlačnosti. To dovodi do pojave međumolekularnih vodoničnih veza. Zbog njegove pojave, nekoliko HF molekula može formirati stabilne saradnike odjednom.
Glavni uslov za formiranje vodonične veze je prisustvo atoma hemijskog elementa sa visokom elektronegativnošću i protona vodonika koji je u interakciji sa njim. Ova vrsta interakcije je najizraženija kod jedinjenja kiseonika i fluora (voda, fluorovodonik), manje kod supstanci koje sadrže azot, kao što je amonijak, a još manje kod jedinjenja sumpora i hlora. Primjeri vodoničnih veza formiranih između molekula također se mogu naći u organskim supstancama.
Tako, u alkoholima između atoma kiseonika i vodonika funkcionalnih hidroksilnih grupa, takođe nastaju sile elektrostatičkog privlačenja. Dakle, već prvi predstavnici homolognog niza - metanol i etil alkohol - su tečnosti, a ne gasovi, kao druge supstance ovog sastava i molekularne težine.
Energetska karakteristika komunikacije
Hajde da uporedimo energetski intenzitet kovalentnih (40–100 kcal/mol) i vodoničnih veza. Primjeri u nastavku potvrđuju sljedeću tvrdnju: tip vodonika sadrži samo 2 kcal/mol (između dimera amonijaka) do 10 kcal/mol energije u jedinjenjima fluora. Ali ispostavilo se da je to dovoljno da se čestice nekih supstanci mogu vezati u saradnike: dimere, tetra - i polimere - grupe koje se sastoje od mnogo molekula.
Oni nisu samo u tečnoj fazi jedinjenja, već se mogu sačuvati bez raspadanja, kada pređu u gasovito stanje. Stoga, vodonične veze, koje drže molekule u grupama, uzrokuju abnormalno visoke tačke ključanja i topljenja amonijaka, vode ili fluorovodonika.
Kako se molekule vode povezuju
I neorganske i organske supstance imaju nekoliko vrsta hemijskih veza. Hemijska veza koja nastaje u procesu međusobnog povezivanja polarnih čestica, a naziva se intermolekularni vodonik, može radikalno promijeniti fizičko-hemijskikarakteristike veze. Dokažimo ovu tvrdnju razmatranjem svojstava vode. Molekuli H2O imaju oblik dipola - čestica čiji polovi nose suprotne naboje.
Susedne molekule privlače jedni druge pozitivno naelektrisanim protonima vodonika i negativnim nabojem atoma kiseonika. Kao rezultat ovog procesa nastaju molekularni kompleksi - saradnici, što dovodi do pojave abnormalno visokih tačaka ključanja i topljenja, visokog toplotnog kapaciteta i toplotne provodljivosti jedinjenja.
Jedinstvena svojstva vode
Prisustvo vodoničnih veza između H2O čestica je odgovorno za mnoga njegova vitalna svojstva. Voda obezbeđuje najvažnije metaboličke reakcije - hidrolizu ugljenih hidrata, proteina i masti koje se dešavaju u ćeliji - i predstavlja rastvarač. Takva voda, koja je dio citoplazme ili međustanične tekućine, naziva se slobodna. Zahvaljujući vodikovim vezama između molekula, formira hidratantne ljuske oko proteina i glikoproteina, koje sprečavaju lepljenje između polimernih makromolekula.
U ovom slučaju, voda se naziva strukturirana. Primjeri koje smo naveli vodonične veze koja nastaje između čestica H2O dokazuju njenu vodeću ulogu u formiranju osnovnih fizičkih i hemijskih svojstava organskih supstanci - proteina i polisaharida, u procesima asimilacije i disimilacije koji se dešavaju u živim organizmima.sistemima, kao iu obezbeđivanju njihove toplotne ravnoteže.
Intramolekularna vodikova veza
Salicilna kiselina je jedan od poznatih i dugo korištenih lijekova s protuupalnim djelovanjem, zacjeljivanjem rana i antimikrobnim djelovanjem. Sama kiselina, bromo derivati fenola, organska kompleksna jedinjenja su u stanju da formiraju intramolekularnu vodikovu vezu. Donji primjeri pokazuju mehanizam njegovog formiranja. Dakle, u prostornoj konfiguraciji molekula salicilne kiseline, moguć je pristup atoma kiseonika karbonilne grupe i protona vodika hidroksilnog radikala.
Usled veće elektronegativnosti atoma kiseonika, elektron čestice vodonika gotovo u potpunosti pada pod uticaj jezgra kiseonika. Unutar molekule salicilne kiseline javlja se vodikova veza, koja povećava kiselost otopine zbog povećanja koncentracije vodikovih jona u njoj.
Rezimirajući, možemo reći da se ova vrsta interakcije između atoma manifestuje ako su grupa donora (čestica koja donira elektron) i atom akceptora koji ga prihvata dio istog molekula.
