Механизм образования водородной связи

Примеры веществГидрогенная связь — образовывается между «+» заряженными атомами водорода и «-» заряженными атомами других молекул.

Очень часто эта взаимосвязь возникает и существует из-за взаимодействия атома водорода с такими атомами: оксиген (О), нитроген (N). Это происходит вследствие того, что данные элементы имеют небольшой удельный вес и характеризуются высокой электроотрицательностью. Элементы, которые имеют больший удельный вес — сера S или хлор Cl—связываются с водородом менее прочно, хотя их электроотрицательность сравнима с нитрогеном.

Оглавление:

Типы гидрогенной связи

  1. Межмолекулярная водородная — возникает между двумя элементами, пример: метиловый спирт.
  2. Водородная (гидрогенная) внутримолекулярная — образуется внутри элемента, пример: 2-нитрофенол.

Межмолекулярная гидрогенная связь

Внутримоллекулярная связьСовместная электронная пара смещается от атома водорода к отрицательно заряженному атому. При этом водород входит в комплекс с неразделенной электронной парой другого атома или иона.

Н-связь графически изображают в виде точек, тем самым показывая, что она слабее ковалентной (примерно в 10−15 раз).

Молекулы воды (две) и молекулы уксусной кислоты (две)

Внутримолекулярная гидрогенная взаимосвязь. Ей свойственно находиться в таких структурах, как многоатомные спирты, углеводы, белки.

Молекула салициловой кислоты

Химические взаимодействия делятся на слабые и сильные. Их отличие состоит в том, что при разрыве они выделяют разную энергию и у них различные по длине (расстояние между атомами):

1. Слабые. Содержание энергии — 15−25 кдж/моль, длина равна 30.

2. Сильные. Энергия — 300 кдж/моль, длина 22−23.

Для образования Н-св. характерно два типа отдачи ионов — электростатический и донорно — акцепторный. Интересно то, что донором выступает более сильный элемент (F, O, N), а акцептором — атом водорода.

Механизм образования водородной связи




Хорошо разбирать механизм образования водородной связи на примере её между молекулами воды. Н-св. на рисунках обозначается 3 точками. Атом гидрогена имеет всего лишь один электрон, который при взаимодействии с атомом большей электроотрицательности может условно оголять ядро, что, в свою очередь, образует дополнительную взаимосвязь с другим атомом. Это и есть водородная связь.

Вода — это вещество, между молекулами которого образуются водородные связи.

Кластеры из нескольких молекул воды

Благодаря водородным взаимосвязям молекулы воды взаимодействуют друг с другом, что приводит к образованию кластеров или комплексов воды. Одним из ярких примеров является димер воды.

Н-св. считаются довольно слабыми и неустойчивыми: считается, что они легко возникают, но и также легко разрушаются. Для водородных связей характерен симптом тепловой флюктуации. Вода представляет собой сеть из молекул, связанных водородными связями.

Аномальные свойства, обеспеченные водородной взаимосвязью


Водородная связьМолекула воды состоит из трёх молекул и содержит 4 Н-св. Здесь присутствуют 2 атома водорода , а кислород, имея две неподеленные электронные пары, связывается с атомами Н ближайших молекул Н2О.

Н-св. обеспечивают высокие температуры кипения и плавления. Без них эти показатели были бы намного меньше.

Н-св. в молекулах воды обладают достаточной силой и препятствуют её плавлению и испарению.

А также они обеспечивают ещё одно свойство Н2О, которое характеризуется тем, что при плавлении воды её плотность повышается.

Наибольшее значение имеет плотность воды (1,00 г/мл) при температуре 4 градуса Цельсия. Эта температура характерна для зимнего времени и находится на дне пресных водоёмов, там же и находится вода с максимальной плотностью.

Как изменяются свойства веществ в зависимости от водородной связи

Наиболее достоверным признаком наличия в веществе межмолекулярной Н-св. является показатель кипения вещества. Одна из высоких температур кипения у воды (100 oC так как для того чтобы разрушить межмолекулярные связи в H2O нужно затратить больше энергии). Н-св. сильно может влиять на физические и химические свойства вещества. Межмолекулярная связь обеспечивает повышение температуры плавления и кипения различных веществ. Вещества, которые содержат ОН-группы —моносахариды, дисахариды, как правило, обладают отличной гидрофильностью.

Нет комментариев

Добавить комментарий

Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
Adblock detector