Hvis du ser på kronologien til studiet i kjemisk vitenskap av evnen til atomer av ulike grunnstoffer til å samhandle med hverandre, kan vi trekke frem midten av 1800-tallet. På den tiden trakk forskere oppmerksomhet til det faktum at hydrogenforbindelser av oksygen, fluor, nitrogen er preget av en gruppe egenskaper som kan kalles uregelmessige.
Dette er for det første svært høye smelte- og kokepunkter, for eksempel for vann eller hydrogenfluorid, som er høyere enn for andre lignende forbindelser. For tiden er det allerede kjent at disse egenskapene til disse stoffene bestemmes av egenskapen til hydrogenatomer for å danne en uvanlig type binding med atomene til elementer som har en høy elektronegativitetsindeks. De k alte det hydrogen. Egenskapene til en binding, spesifikasjonene ved dens dannelse og eksempler på forbindelser som inneholder den er hovedpunktene som vi vil fokusere på i artikkelen vår.
Årsak til tilkobling
Handlingen av kreftene til elektrostatisk tiltrekning erdet fysiske grunnlaget for utseendet til de fleste typer kjemiske bindinger. Typene kjemiske bindinger som har oppstått på grunn av samspillet mellom motsatt ladede atomkjerner til ett element og elektroner til et annet er velkjente. Dette er kovalente ikke-polare og polare bindinger, karakteristiske for enkle og komplekse forbindelser av ikke-metalliske grunnstoffer.
For eksempel, mellom fluoratomet, som har høyest elektronegativitet, og den elektronnøytrale partikkelen av hydrogen, hvor en-elektronskyen i utgangspunktet bare tilhørte H-atomet, er det et skifte i den negativt ladede tettheten. Nå kan selve hydrogenatomet med rette kalles et proton. Hva skjer videre?
Elektrostatisk interaksjon
Elektronskyen til hydrogenatomet passerer nesten fullstendig mot fluorpartikkelen, og den får en overflødig negativ ladning. Mellom det nakne, det vil si blottet for negativ tetthet, hydrogenatom - et proton, og F--ionet til det nærliggende hydrogenfluoridmolekylet, manifesteres kraften til elektrostatisk tiltrekning. Det fører til utseendet av intermolekylære hydrogenbindinger. På grunn av dens forekomst kan flere HF-molekyler danne stabile assosiasjoner samtidig.
Hovedbetingelsen for dannelsen av en hydrogenbinding er tilstedeværelsen av et atom av et kjemisk grunnstoff med høy elektronegativitet og et hydrogenproton som interagerer med det. Denne typen interaksjon er mest utt alt i oksygen- og fluorforbindelser (vann, hydrogenfluorid), mindre i nitrogenholdige stoffer, som ammoniakk, og enda mindre i svovel- og klorforbindelser. Eksempler på hydrogenbindinger dannet mellom molekyler kan også finnes i organiske stoffer.
I alkoholer mellom oksygen- og hydrogenatomene til de funksjonelle hydroksylgruppene oppstår altså også elektrostatiske tiltrekningskrefter. Derfor er allerede de første representantene for den homologe serien - metanol og etylalkohol - væsker, ikke gasser, som andre stoffer med denne sammensetningen og molekylvekten.
Energi som er karakteristisk for kommunikasjon
La oss sammenligne energiintensiteten til kovalente (40–100 kcal/mol) og hydrogenbindinger. Eksemplene nedenfor bekrefter følgende utsagn: Hydrogentypen inneholder kun 2 kcal/mol (mellom ammoniakkdimerer) til 10 kcal/mol energi i fluorforbindelser. Men det viser seg å være nok til at partiklene til enkelte stoffer kan binde seg til assosiater: dimerer, tetra- og polymerer - grupper som består av mange molekyler.
De er ikke bare i væskefasen av forbindelsen, men kan konserveres uten å gå i oppløsning når de går over i gasstilstand. Derfor forårsaker hydrogenbindinger, som holder molekyler i grupper, unorm alt høye koke- og smeltepunkter for ammoniakk, vann eller hydrogenfluorid.
Hvordan vannmolekyler assosieres
Både uorganiske og organiske stoffer har flere typer kjemiske bindinger. Den kjemiske bindingen som oppstår i prosessen med assosiasjon av polare partikler til hverandre, og kalles intermolekylært hydrogen, kan radik alt endre den fysisk-kjemiskekoblingsegenskaper. La oss bevise denne påstanden ved å vurdere egenskapene til vann. Molekylene H2O har form av dipoler - partikler hvis poler har motsatte ladninger.
Nabomolekyler tiltrekkes av hverandre av de positivt ladede hydrogenprotonene og de negative ladningene til oksygenatomet. Som et resultat av denne prosessen dannes det molekylære komplekser - assosiasjoner, noe som fører til unorm alt høye koke- og smeltepunkter, høy varmekapasitet og termisk ledningsevne til forbindelsen.
De unike egenskapene til vann
Tilstedeværelsen av hydrogenbindinger mellom H2O-partikler er ansvarlig for mange av dens vitale egenskaper. Vann gir de viktigste metabolske reaksjonene - hydrolysen av karbohydrater, proteiner og fett som skjer i cellen - og er et løsemiddel. Slikt vann, som er en del av cytoplasmaet eller intercellulær væske, kalles fritt. Takket være hydrogenbindinger mellom molekyler, danner den hydratiseringsskall rundt proteiner og glykoproteiner, som forhindrer at de fester seg mellom polymermakromolekyler.
I dette tilfellet kalles vannet strukturert. Eksemplene vi har gitt på hydrogenbindingen som oppstår mellom partiklene til H2O beviser dens ledende rolle i dannelsen av de grunnleggende fysiske og kjemiske egenskapene til organiske stoffer - proteiner og polysakkarider, i prosessene med assimilering og dissimilering som skjer i levende organismer, systemer, samt i å sikre deres termiske balanse.
Intramolekylær hydrogenbinding
Salisylsyre er en av de kjente og lenge brukte medisinene med anti-inflammatorisk, sårhelende og antimikrobiell effekt. Syren selv, bromderivater av fenol, organiske komplekse forbindelser er i stand til å danne en intramolekylær hydrogenbinding. Eksemplene nedenfor viser mekanismen for dannelsen. Så, i den romlige konfigurasjonen av salisylsyremolekylet, er tilnærmingen av oksygenatomet til karbonylgruppen og hydrogenprotonet til hydroksylradikalet mulig.
På grunn av oksygenatomets større elektronegativitet faller elektronet i hydrogenpartikkelen nesten fullstendig under påvirkning av oksygenkjernen. En hydrogenbinding oppstår inne i salisylsyremolekylet, som øker surheten til løsningen på grunn av en økning i konsentrasjonen av hydrogenioner i den.
Opsummert kan vi si at denne typen interaksjon mellom atomer manifesterer seg hvis gruppen til donoren (partikkelen som donerer et elektron) og akseptoratomet som aksepterer det, er en del av samme molekyl.
