Αν κοιτάξετε τη χρονολογία της μελέτης στη χημική επιστήμη της ικανότητας των ατόμων διαφόρων στοιχείων να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, μπορούμε να ξεχωρίσουμε τα μέσα του 19ου αιώνα. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες επέστησαν την προσοχή στο γεγονός ότι οι ενώσεις υδρογόνου του οξυγόνου, του φθορίου, του αζώτου χαρακτηρίζονται από μια ομάδα ιδιοτήτων που μπορούν να ονομαστούν ανώμαλες.
Αυτά είναι, πρώτα απ 'όλα, πολύ υψηλά σημεία τήξης και βρασμού, για παράδειγμα, για το νερό ή το υδροφθόριο, τα οποία είναι υψηλότερα από ό,τι για άλλες παρόμοιες ενώσεις. Προς το παρόν, είναι ήδη γνωστό ότι αυτά τα χαρακτηριστικά αυτών των ουσιών καθορίζονται από την ιδιότητα των ατόμων υδρογόνου να σχηματίζουν έναν ασυνήθιστο τύπο δεσμού με τα άτομα των στοιχείων που έχουν υψηλό δείκτη ηλεκτραρνητικότητας. Το ονόμασαν υδρογόνο. Οι ιδιότητες ενός δεσμού, οι ιδιαιτερότητες του σχηματισμού του και παραδείγματα ενώσεων που τον περιέχουν είναι τα κύρια σημεία στα οποία θα επικεντρωθούμε στο άρθρο μας.
Λόγος σύνδεσης
Η δράση των δυνάμεων της ηλεκτροστατικής έλξης είναιτη φυσική βάση για την εμφάνιση των περισσότερων τύπων χημικών δεσμών. Οι τύποι των χημικών δεσμών που έχουν προκύψει λόγω της αλληλεπίδρασης των αντίθετα φορτισμένων ατομικών πυρήνων ενός στοιχείου και των ηλεκτρονίων ενός άλλου είναι γνωστοί. Πρόκειται για ομοιοπολικούς μη πολικούς και πολικούς δεσμούς, χαρακτηριστικούς απλών και σύνθετων ενώσεων μη μεταλλικών στοιχείων.
Για παράδειγμα, μεταξύ του ατόμου φθορίου, που έχει την υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα, και του ηλεκτροουδέτερου σωματιδίου του υδρογόνου, το νέφος ενός ηλεκτρονίου του οποίου αρχικά ανήκε μόνο στο άτομο Η, υπάρχει μια μετατόπιση στην αρνητικά φορτισμένη πυκνότητα. Τώρα το ίδιο το άτομο υδρογόνου μπορεί δικαίως να ονομαστεί πρωτόνιο. Τι θα συμβεί στη συνέχεια;
Ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση
Το νέφος ηλεκτρονίων του ατόμου του υδρογόνου διέρχεται σχεδόν πλήρως προς το σωματίδιο φθορίου και αποκτά υπερβολικό αρνητικό φορτίο. Ανάμεσα στο γυμνό, δηλαδή χωρίς αρνητική πυκνότητα, άτομο υδρογόνου - ένα πρωτόνιο, και στο ιόν F- του γειτονικού μορίου υδροφθορίου, εκδηλώνεται η δύναμη της ηλεκτροστατικής έλξης. Οδηγεί στην εμφάνιση διαμοριακών δεσμών υδρογόνου. Λόγω της εμφάνισής του, πολλά μόρια HF μπορούν να σχηματίσουν σταθερούς συνεργάτες ταυτόχρονα.
Η κύρια προϋπόθεση για το σχηματισμό δεσμού υδρογόνου είναι η παρουσία ενός ατόμου ενός χημικού στοιχείου με υψηλή ηλεκτραρνητικότητα και ενός πρωτονίου υδρογόνου που αλληλεπιδρά μαζί του. Αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης είναι πιο έντονος στις ενώσεις οξυγόνου και φθορίου (νερό, υδροφθόριο), λιγότερο σε ουσίες που περιέχουν άζωτο, όπως η αμμωνία, και ακόμη λιγότερο σε ενώσεις θείου και χλωρίου. Παραδείγματα δεσμών υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ μορίων μπορούν επίσης να βρεθούν σε οργανικές ουσίες.
Έτσι, στις αλκοόλες μεταξύ των ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου των λειτουργικών ομάδων υδροξυλίου, προκύπτουν επίσης ηλεκτροστατικές δυνάμεις έλξης. Επομένως, ήδη οι πρώτοι εκπρόσωποι της ομόλογης σειράς - μεθανόλη και αιθυλική αλκοόλη - είναι υγρά, όχι αέρια, όπως άλλες ουσίες αυτής της σύνθεσης και μοριακού βάρους.
Ενεργειακό χαρακτηριστικό επικοινωνίας
Ας συγκρίνουμε την ενεργειακή ένταση ομοιοπολικών (40–100 kcal/mol) και δεσμών υδρογόνου. Τα παρακάτω παραδείγματα επιβεβαιώνουν την ακόλουθη δήλωση: ο τύπος υδρογόνου περιέχει μόνο 2 kcal/mol (μεταξύ διμερών αμμωνίας) έως 10 kcal/mol ενέργειας σε ενώσεις φθορίου. Αλλά αποδεικνύεται ότι είναι αρκετό για τα σωματίδια ορισμένων ουσιών να μπορούν να δεσμεύονται σε συσχετισμούς: διμερή, τετρα- και πολυμερή - ομάδες που αποτελούνται από πολλά μόρια.
Δεν βρίσκονται μόνο στην υγρή φάση της ένωσης, αλλά μπορούν να διατηρηθούν χωρίς να αποσυντίθενται, όταν περνούν σε αέρια κατάσταση. Επομένως, οι δεσμοί υδρογόνου, που συγκρατούν μόρια σε ομάδες, προκαλούν ασυνήθιστα υψηλά σημεία βρασμού και τήξης αμμωνίας, νερού ή υδροφθορίου.
Πώς συνδέονται τα μόρια του νερού
Τόσο οι ανόργανες όσο και οι οργανικές ουσίες έχουν διάφορους τύπους χημικών δεσμών. Ο χημικός δεσμός που προκύπτει κατά τη διαδικασία σύνδεσης των πολικών σωματιδίων μεταξύ τους, και ονομάζεται διαμοριακό υδρογόνο, μπορεί να αλλάξει ριζικά τη φυσικοχημικήχαρακτηριστικά σύνδεσης. Ας αποδείξουμε αυτή τη δήλωση εξετάζοντας τις ιδιότητες του νερού. Τα μόρια H2O έχουν τη μορφή διπόλων - σωματίδια των οποίων οι πόλοι φέρουν αντίθετα φορτία.
Τα γειτονικά μόρια έλκονται μεταξύ τους από τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια υδρογόνου και τα αρνητικά φορτία του ατόμου του οξυγόνου. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, σχηματίζονται μοριακά σύμπλοκα - συνεργάτες, που οδηγούν στην εμφάνιση ασυνήθιστα υψηλών σημείων βρασμού και τήξης, υψηλή θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα της ένωσης.
Οι μοναδικές ιδιότητες του νερού
Η παρουσία δεσμών υδρογόνου μεταξύ των σωματιδίων H2O είναι υπεύθυνη για πολλές από τις ζωτικές του ιδιότητες. Το νερό παρέχει τις πιο σημαντικές μεταβολικές αντιδράσεις - την υδρόλυση υδατανθράκων, πρωτεϊνών και λιπών που συμβαίνουν στο κύτταρο - και είναι ένας διαλύτης. Αυτό το νερό, το οποίο είναι μέρος του κυτταροπλάσματος ή του μεσοκυττάριου υγρού, ονομάζεται ελεύθερο. Χάρη στους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων, σχηματίζει κελύφη ενυδάτωσης γύρω από πρωτεΐνες και γλυκοπρωτεΐνες, οι οποίες εμποδίζουν την προσκόλληση μεταξύ των μακρομορίων πολυμερούς.
Σε αυτή την περίπτωση, το νερό ονομάζεται δομημένο. Τα παραδείγματα που δώσαμε για τον δεσμό υδρογόνου που εμφανίζεται μεταξύ των σωματιδίων του H2O αποδεικνύουν τον ηγετικό του ρόλο στο σχηματισμό των βασικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των οργανικών ουσιών - πρωτεϊνών και πολυσακχαριτών, στις διαδικασίες αφομοίωσης και αφομοίωσης που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς, συστήματα, καθώς και στη διασφάλιση της θερμικής τους ισορροπίας.
Ενδομοριακός δεσμός υδρογόνου
Το
Το σαλικυλικό οξύ είναι ένα από τα γνωστά και μακροχρόνια χρησιμοποιούμενα φάρμακα με αντιφλεγμονώδη, επούλωση πληγών και αντιμικροβιακή δράση. Το ίδιο το οξύ, βρωμοπαράγωγα της φαινόλης, οργανικές ενώσεις συμπλόκου είναι ικανές να σχηματίσουν έναν ενδομοριακό δεσμό υδρογόνου. Τα παρακάτω παραδείγματα δείχνουν τον μηχανισμό σχηματισμού του. Έτσι, στη χωρική διαμόρφωση του μορίου του σαλικυλικού οξέος, είναι δυνατή η προσέγγιση του ατόμου οξυγόνου της καρβονυλικής ομάδας και του πρωτονίου υδρογόνου της ρίζας υδροξυλίου.
Λόγω της μεγαλύτερης ηλεκτραρνητικότητας του ατόμου του οξυγόνου, το ηλεκτρόνιο του σωματιδίου του υδρογόνου πέφτει σχεδόν πλήρως υπό την επίδραση του πυρήνα του οξυγόνου. Ένας δεσμός υδρογόνου εμφανίζεται μέσα στο μόριο του σαλικυλικού οξέος, ο οποίος αυξάνει την οξύτητα του διαλύματος λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου σε αυτό.
Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης μεταξύ ατόμων εκδηλώνεται εάν η ομάδα του δότη (σωματίδιο που δίνει ένα ηλεκτρόνιο) και το άτομο δέκτη που το δέχεται είναι μέρος του ίδιου μορίου.
