Vodikov komunikacija - Ovo je interakcija između dva elektronegativnog atoma jednog ili različiti molekuli Pomoću hidrogen atoma: A-H ... In (naznačeno je kovalentno obveznica, tri boda - vodikov obveznica).

Jedan od znakova veznjaka vodika može biti udaljenost između atoma vodika i drugog atoma, koje formira. Trebalo bi biti manji od zbroja radijusa ovih atoma.

Oni se, po pravilu javljaju između atoma fluora, dušika i kisika (najviše elektronegativnih elemenata), manje često - sa sudjelovanjem hlora, sumpornih atoma i drugih nemetala. Snažne vodikove obveznice formiraju se u takvim tekućim tvarima kao što su voda, vodonik, anorganske kiseonike koji sadrže kisik, karboksilne kiseline, fenoli, alkoholi, amonijak, amini. Kada se kristalizacija, vodikovine obveznice u tim tvarima obično sačuvaju.

Ovisnost fizička svojstva Supstance sa molekularne strukture o prirodi intermolekularne interakcije. Učinak vodonika veze na svojstva tvari.

Intermolekularne vodikove obveznice određuju udruženje molekula, što dovodi do povećanja ključanja i topljenja temperature. Na primjer, etil alkohol C2H5OH, koji može udružiti, ključa na + 78,3 ° C i dimetil eter CH3OSN3, koji ne formira vodikove veze, samo na -24 ° C ( molekularna formula Obje supstance C2N6O).

Formiranje N-obveznica sa molekulama otapala doprinosi poboljšanju rastvorljivosti. Dakle, metil i etilni alkoholi (Ch3oh, C2N5Y), formiraju n-obveznice sa molekulama vode, rastvorene u njemu u nedogled.

Intramolekularna vodika formirana je s povoljnom prostorne lokacijom u molekuli odgovarajućih grupa atoma i posebno utječe na svojstva. Na primjer, n-veza unutar molekula salicilne kiseline povećavaju njegovu kiselost. Vodovodike reproduciraju izuzetno važnu ulogu u formiranju prostorne strukture biopolimera (proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline), što u velikoj mjeri određuju njihove biološke funkcije.

Sile intermolekularne interakcije (Van der Waals Snaga). Orijentacionalna, indukcija i disperzijska interakcija.

Intermolekularna interakcija- Interakcija između električno neutralnih molekula ili atoma.

Do van der Waals Snaga uključuju interakcije između dipola (trajnih i indukovanih). Ime je zbog činjenice da su te sile uzrok internog amandmana pod pritiskom u jednadžbi stanja pravog plina van der Waals. Te interakcije uglavnom određuju snage odgovorne za formiranje prostorne strukture bioloških makromolekula.

Orijentacija: Polar molekuli u kojima se centri težine pozitivnih i negativnih naboja ne podudaraju, na primjer HCL, H2O, NH3 fokusirani su na takav način da se završava suprotnim optužbama u blizini. Između njih postoji privlačnost. (Keesoma Energy) izražava se omjerom:

E k \u003d -2 μ 1 μ 2 / 4π ε 0 r 3,

ako su μ1 i μ2 dipolne trenutke interakcije dipola, r je udaljenost između njih. Dipolni dipol atrakcije može se izvesti samo kada energija privlačenja prelazi toplotnu energiju molekula; To se obično odvija u čvrstim i tečnim supstancama. Divole-dipolne interakcija manifestuje se u polarnim tekućinama (voda, vodonik fluoridom).

Indukcija: Pod djelovanjem nabijenih krajeva polarnog molekula, elektronski oblaci ne-polarnih molekula prebacuju se na pozitivan naboj i daleko od negativnog. Nepolarna molekula postaje polar, a molekuli počinju privlačiti jedni druge, samo mnogo slabiji od dva polarnog molekula.

(Debie Energy) određuje se izrazom:

E d \u003d -2 μ ma 2 γ / r 6,

gde je μ Kin trenutak indukovanog dipola.

Privlačenje konstantnih i indukovanih dipola obično je vrlo slaba, jer je polariziranje molekula većine tvari malih. Djeluje samo na vrlo niskim udaljenostima između dipola. Ova vrsta interakcije očituje se uglavnom u rješenjima polarnih spojeva u ne-polarnim otapalima.

Disperzija: Može se privući i između ne-polarnih molekula. Elektroni koji su u stalnom prijedlogu mogu se pokazati da su fokusirani na jednu stranu molekule, odnosno ne-polarnu česticu postat će polar. To uzrokuje redistribuciju optužbi u susjednim molekulama, a između njih su uspostavljeni kratkoročni odnosi.

(Londonska energija) daje se u odnosu:

E L \u003d -2 μ MGN 2 γ 2 / R 6,

gdje je μ MGN trenutak trenutnog dipola. Londonske snage atrakcije između ne-polarnih čestica (atoma, molekula) su vrlo kratkog dometa. Energetske vrijednosti takve atrakcije ovise o veličini čestica i broju elektrona u indukovanim dipolama. Ti su odnosi vrlo slabi - najslabiji od svih intermolekularnih interakcija. Međutim, oni su najsvestraniji, kao što se pojavljuju između bilo kakvih molekula.

Vodikov komunikacija(N-komunikacija) je posebna vrsta interakcije između grupa koje mogu reakcijke, dok jedna od grupa sadrži atom vodika sklon takvoj interakciji. Vodonikna veza je globalni fenomen koji pokriva svu hemiju. Za razliku od klasičnih hemijskih obveznica, n-veza se pojavljuje kao rezultat ciljane sinteze, već se pojavljuje u odgovarajućim uvjetima i manifestuje u obliku intermolekularnih ili intramolekularnih interakcija.

Značajke vodikovih obveznica.

Izrazita karakteristika vodonika relativno je mala čvrstoća, njegova energija je 5-10 puta niža od energije hemijske veze. Po energiji zauzima intermedijarni položaj između hemijskih obveznica i van der17 interakcija, oni koji drže molekule u čvrstoj ili tečnoj fazi.

U formiranju N-Bonda, elektronegivost atoma uključenih u vezu igra definirajuću ulogu - sposobnost odgađanja elektrona hemijskog obveznica iz atomskog partnera u tom pogledu. Kao rezultat toga, djelomični negativni naboj D- događa se na atomu i sa povećanom elektronima, a pozitivan D + Atom-partner je pozitivan. hemijska komunikacija Istovremeno polarizira: i D -D D +.

Rezultirajuća djelomična pozitivna naboja na atonu hidrogena omogućava mu da privuče drugu molekulu, sadrže i elektronearijski element, pa se na taj način elektrostatičke interakcije vrše u formiranje N-komunikacije.

Tri atoma su uključena u formiranje N-obveznica, dva elektronegativna (A i B) i atoma vodika između njih, struktura takve veze može se predstaviti na sljedeći način: B ··· hd + -a (vodonik) Obveznice se obično označavaju linijom tačke). Atom A, hemijski povezani sa N, naziva se donator protona (lat. Donare - dajte, žrtvujte) i B - njegov akumulator (lat. Prihvatnica - Prihvatnica). Najčešće, istinska "donacija" nije, a H ostaje hemijski povezana sa A.

Atomi - donatori A, opskrbljivanje H za formiranje N-veza, ne mnogo, gotovo samo tri: n, o i f, istovremeno set atoma za atome B je vrlo širok.

Sam koncept i izraz "Vodonik komunikacija" predstavila je V.LOTHIMER i R. Uerbush 1920. godine, kako bi objasnili visoke temperature Kipala voda, alkoholi, tečni HF i neke druge veze. Upoređujući tačku ključanja srodnih spojeva H 2 O, H 2 S, H 2 SE, i H 2 TE, primijetili su da prvi član ove serije - voda - vreli mnogo veće nego što je uslijedilo od obrazaca koji su bili formirani od uzoraka Članovi serije. Iz ovog uzoraka voda treba kuhati do 200 ° C niže od promatrane istinske vrijednosti.

Točno isto isto izvedba opaže se za amonijak u nizu srodnih spojeva: NN 3, H 3 P, H 3 AS, H 3 sb. Njegova istinska tačka ključanja (-33 ° C) je 80 ° C iznad očekivane vrijednosti.

Kada tečnost ključa, samo van der Waals Interakcija, oni koji drže molekule u tečnoj fazi su uništeni. Ako je tačka ključanja neočekivano visoka, stoga su molekuli dodatno povezani neke druge sile. U ovom slučaju ovo je vodikovine veze.

Slično tome, povećana tačka ključanja alkohola (u poređenju sa spojevima koji ne sadrže grupu) je rezultat formiranja vodikovih obveznica.

Trenutno pouzdan način otkrivanja n komunikacija daje spektralne metode (najčešće infracrvena spektroskopija). Spektralne karakteristike grupa vezanih za ljude povezane sa vodikovim obveznicama primjetno su različite od tih slučajeva kada ta veza bude odsutna. Pored toga, ako strukturne studije pokažu da je udaljenost između B-N atoma manja od količine polumjera van der Waals, vjeruje se da je uspostavljeno prisustvo N-veza.

Pored toga povećana temperatura Kuhanje vodikovih obveznica takođe se pojavljuju u formiranju kristalne strukture neke tvari, povećavajući taling talište. U kristalnoj strukturi leda, n-obveznice čine rasuću mrežicu, dok su molekuli vode dogovoreni tako da se atomi vodika jednog molekula usmjerava na atome kisika susjednih molekula:

Boric kiselina B (oh) 3 ima sloj kristalnu strukturu, a svaka molekula veže vodikov obveznicama s još tri druga molekula. Pakovanje molekula u sloju tvori parketni uzorak sakupljeni od šesterokut:

Većina organskih tvari se ne raduje u vodi, kada se tačno pravilo prekine, tada je to najčešće, to je rezultat intervencije vodonika.

Kiseonik i azot su glavni donatori protona, oni preuzimaju funkciju atoma A u prethodno smatranom triade B ·· h d + -a d-. Oni najčešće djeluju kao akumulatori (atom b). Zbog toga su neke organske tvari koje sadrže o i n u ulozi atoma B mogu se otopiti u vodi (uloga atoma a izvodi vodeni kisik). Vodikove veze između organske materije i vode pomažu u "uklanjanju" molekula organske materije, prevodeći ga u vodenu otopinu.

Postoji empirijsko pravilo: ako organski Ne sadrži više od tri atoma ugljika jednim atomom kisika, lako se otopi u vodi:

Benzol je vrlo lagano rastvorljiv u vodi, ali ako zamijenite jednu grupu CH na n, dobivamo piridin C 5 h 5 N, što se miješa s vodom u bilo kojim odnosima.

Vodikovske veze mogu se pokazati u nevokovnim rješenjima kada se na vodiku pojavi djelomična pozitivna naboja, a postoji molekul koji sadrži "dobar" prihvatljiv, kao pravilo kisika. Na primjer, hccl 3 hloroform otapa se masne kiseline i acetilen hcєch rastvorljiv u acetonu:

Ova činjenica je pronašla važnu tehničku primjenu, acetilen pod pritiskom je vrlo osjetljiv na jednostavne potres estance i lako eksplodira, a njeno rješenje u acetonu pod pritiskom je sigurno u opticaju.

Vodikov obveznice u polimerima i biopolimerima igraju važnu ulogu. U celulozori, glavna komponenta drveta - hidroksilne grupe nalaze se u obliku bočnih grupa polimernog lanca prikupljenog iz cikličkih fragmenata. Unatoč relativno slabi energiji svakog pojedinog N-Bonda, njihova interakcija tijekom polimernog molekula dovodi do snažne intermolekularne interakcije da raspuštanje celuloze postaje moguće samo kada se koristi egzotično visoko-polarnim otapalom - reagensom šorte (amonijačni kompleks bakrenog hidroksida).

Vodička komunikacija (N-komunikacija)- Ovo je veza koja je formirana protoniranim atomom vodika sa snažnim elektronskim atomom iste ili druge molekule. U normalnim uvjetima, valencija vodonika jednaka je 1, a u stanju je da se generaliziraju s drugim atomi jednim elektronskim par, formirajući kovalentnu obvezu: atonik vodika može pričvrstiti elektron, formiranje hidroelektrane H +.

Vodonik ATOM ima značajku koja ga razlikuje od svih ostalih atoma: odustajanje od svog elektrona, ostaje u obliku jezgre bez elektrona, tj. U obliku čestice, promjer, koji je hiljadama puta manji od promjera preostalih atoma. U nedostatku elektrona, Ion H + ne odbija elektroničke školjke drugih atoma ili jona, ali, naprotiv, privlače; Može se usko pristupiti drugim atomima, komunicirati sa svojim elektronima i čak ugraditi u svoje elektronske školjke. U H +-gipkoj tečnosti, uglavnom se ne sačuva u obliku nezavisne čestice i veže se za molekule dvije tvari: u vodi sa molekulama vode, formiranje iona 3 o +--ion hidroksonijum; Sa molekulom amonijaka - NH 4 + -Sone amonijum.

Biti povezan s atom od jednog od najplodnijih elemenata: sa fluorom atomom, kisikom, hlorom i azotom, hidrogen atom stječe relativno visoku pozitivnu naboru koja ne prelazi jedan. Budući da je ovo naboj koncentrirano na izuzetno mali atomski štednjak, vrlo je blizu drugog atoma koji nosi negativan naboj. To uzrokuje stvaranje prilično jake dipole-dipolne veze s energijom od 20-30 KJ / MOL i još mnogo toga. Vodikovska veza nastaje kao rezultat interakcije međudapola dvije snažno polarne obveznice koje pripadaju različitim molekulama ili jednim i istom molekulom. Slabiji je od običnog kovalentna komunikacijaEnergija od čije je otprilike 125-420 kJ / mol i može se poboljšati zbog međusobne polarizacije obveznica zbog ovih karakteristika atoma vodika. Vodonik obveznica (N-komunikacija) označava x-n × × × x.

Vodonik Atom uključen u vodikov obveznica može se precizno nalaziti u sredini između dva snažno negativna atoma - simetrično mjesto ili prebacivanje bliže onoj, što ima veću elektronegativnost - asimetrična lokacija.

Energija veznika vodika dovoljna je tako da se sa konvencionalnim i smanjenim temperaturama uzrokuju uočljivu disocijaciju molekula. Fluoridni vodonik čak i u blizini tačke ključanja ima prosječan sastav (HF) 4. Udruženje dovodi do nenormalno visokih temperatura topljenja i kuhanja vodonika fluorida. Postojanje dimera H 2 F 2 objašnjava formiranje kiselih soli tipa KHF 2 × NAHF 2. Činjenica da je hidrofluorska kiselina za razliku od hloridnih hidroholoričnih, bromidnih hidroklororika i orodojhedra, predstavlja slaba kiselina (K D \u003d 7 × 10 -4) je takođe posljedica udruženja molekula HF zbog vodikovih obveznica.

U prisustvu asimetrične vodikove veze, koja se javlja u jedinjenju kisika i dušika, vodik je malo bliži jednom od dva susjedna atoma, ovdje intermolekularna N-komunikacija. Svaka molekula H 2 o uključena je u formiranje dvije N-obveznice, tako da se ispada da je kisik atom povezan s četiri atoma vodika. Pridruženi molekuli vode formiraju prostor za otvaranje prostorne strukture, gdje se svaki kiseonik atom nalazi u centru tetraedrona, a atomi vodika nalaze se u uglovima.

OpenWork Prostorna struktura vode

Struktura otpornosti na ledu objašnjava njegovu manju gustoću od vode. Prilikom topljenja, dio N-veza je rastrgan i gustina vode se povećava, jer Molekuli se uređuju više. Rendgenski pregled pokazao je da se za većinu molekula u tečnom vodi postoji i tetraedralno okruženje: lokacija susjednih molekula gotovo je ista kao u ledenom kristalu, a na ledenom kristalu, a naređeni sloj se ponavlja

neko odstupanje od navedene urednosti; Odstupanje se povećava kako se molekula uklanja. Za vodu, prisustvo "bliskog reda" karakterizira se kao i za ostale tečnosti, a u manjoj mjeri, u usporedbi s drugim tečnostima, prisustvo "dugoročnog". Ovo objašnjava prisustvo kristalne strukture u vodi.

Svojstva vode kao što su velike vrijednosti toplotne sposobnosti i toplotne isparavanja, nenormalno visoke topljenje i temperature ključanja, visoka dielektrična konstanta - zbog granice molekula vode s vodovodičkim vezama. Bez N-linkova T pl.v. \u003d -100 o C, T kip. Voda \u003d -80 o C.

Vodikovske veze prisutne su u tečnom amonijaku. Vodonik ATOM povezan s ugljikom može dobiti mogućnost da formira vodonik ako je preostala valencija ugljika zasićena visokim elektronegacijskim atomima ili odgovarajućim atomskim grupama, na primjer, kloroform (SNSL 3), pentakloroetan (CCL 3 -Chcl 2), tj. Susjedstvo elektronegativnih atoma može aktivirati formiranje vodikovih obveznica na atomima CH grupo, iako je elektronegivost atoma C i H gotovo ista. Ovo objašnjava pojavu N-veza između molekula u tečnom HCN-u, CHF 3 itd.

Vodonik veza je osebujna svim agregatnim stanjima tvari. Formira se između istog i između različitih molekula, između različitih dijelova istog molekula - intramolekularna vodonik veza. Najčešće je n-veza između molekula koji sadrže hidroksilne grupe IT -.

Lako eteri sa većom molarna masa isparljive od alkohola, jer su svi atomi vodika povezani s atomima ugljika i nisu sposobni formirati H-obveznice.

Uloga H-veza u biohemijskim sistemima je odlična. Svojstva proteina i nukleinskih kiselina uglavnom su zbog prisutnosti vodikovih obveznica. N-Bond igra veliku ulogu u postupcima raspuštanja. Vodikovske veze u proteinskim molekulama, nukleinskim kiselinama i drugim biološki važnim spojevima posebno su uobičajene, tako da ove obveznice igraju važnu ulogu u hemiji životnih procesa.