Що таке воднева зв'язок? Типи, вплив
Що таке воднева зв'язок? Відомий всім приклад цьому зв'язку становить звичайна вода (H2O). Через те, що атом кисню (О) більш електроотріцателен, ніж два атоми водню (Н), він як би відтягує від атомів водню зв'язують електрони. В результаті створення такої ковалентного полярного зв'язку утворюється диполь. Кисневий атом набуває не дуже великий заряд негативний, а водневі атоми - невеликий позитивний заряд, який притягається до електронів (їх неподеленной парі) на кисневому атомі сусідній молекули Н2О (тобто води). Таким чином, можна сказати, що воднева зв'язок - це що утворюється сила тяжіння між водневим атомом і електронегативним атомом. Важливою особливістю водневого атома є те, що при тяжінні його зв'язуючих електронів оголюється його ядро (тобто протон, іншими електрони не екранований). І хоча водневий зв'язок більш слабкіше, ніж ковалентний, саме вона обумовлює цілих ряд аномальний властивостей Н2О (води).
Найчастіше цей зв'язок утворюється за участю атомів наступних елементів: кисень (О), азот (N) і фтор (F). Це відбувається з тієї причини, що атоми цих елементів мають малі розміри і характеризуються високою електронегативність. З атомами розміру більшого (сірка S або хлор Cl) утворюється водневий зв'язок слабше, незважаючи на те, що за своєю електронегативності ці елементи можна порівняти з N (тобто з азотом).
Існує два типи водневого зв'язку:
1. Воднева межмолекулярная зв'язок - з'являється між двома молекулами, наприклад: метанол, аміак, фтороводород.
2. Водневий зв'язок внутримолекулярная - з'являється всередині однієї молекули, наприклад: 2-нитрофенол.
Також в даний час є думка, що воднева хімічний зв'язок буває слабкою і сильною. Вони відрізняються один від одного по енергії і довжині зв'язку (відстань між атомами):
1. Водневі зв'язку слабкі. Енергія - 10-30 кДж / моль, довжина зв'язку - 30. Усі речовини, перераховані вище, є прикладами нормальною або слабкою водневого зв'язку.
2. Водневі зв'язки сильні. Енергія - 400 кДж / моль, довжина - 23-24. Дані, отримані експериментальним шляхом, свідчать про те, що сильні зв'язки утворюються в наступних іонах: іон-водороддіфторід [FHF] -, іон-гідратований гідроксид [HO-H-OH] -, іон оксония гідратований [H2O-H-OH2] + , а також у різних інших органічних і неорганічних з'єднаннях.
Вплив водневих міжмолекулярних зв'язків
Аномальні значення температур кипіння і плавлення, ентальпії випаровування і поверхневого натягу деяких сполук можна пояснити наявністю зв'язків водневих. Вода має аномальні значення всіх перерахованих властивостей, а фтороводород і аміак - температури кипіння і плавлення. Вода і фтороводород в твердому і рідкому станах через наявність в них водневих міжмолекулярних зв'язків вважаються полимеризоваться. Даний зв'язок пояснює не тільки занадто високу температуру плавлення даних речовин, але також і їх малу щільність. Причому при плавленні воднева зв'язок частково руйнується, через що молекули води (Н2О) упаковуються більш щільно.
Димеризацію деяких речовин (карбонові кислоти, наприклад, бензойна і оцтова) можна також пояснити наявністю в них зв'язку водневої. Димер - це дві молекули, які пов'язані між собою. З цієї причини температура кипіння карбонових кислот вище, ніж у сполук, що мають приблизно таку ж молекулярну масу. Наприклад, у кислоти оцтової (СН3СООН) температура кипіння дорівнює 391 К, в той час як у ацетону (СН3СОСН3) вона дорівнює 329 К.
Вплив водневих внутрішньомолекулярних зв'язків
Цей зв'язок теж впливає на структуру і властивості різних сполук, таких як: 2- і 4-нитрофенол. Але найбільш відомий і важливий приклад водневого зв'язку - це дезоксирибонуклеїнова кислота (скор .: ДНК). Молекули цієї кислоти згорнуті у вигляді подвійної спіралі, дві нитки якої з'єднані між собою водневим зв'язком.