Comunicaciones de hidrógeno. - Esta es la interacción entre los dos átomos electronegativos de uno o diferentes moléculas Por medio de un átomo de hidrógeno: A-H ... en (se indica un enlace covalente, tres puntos - enlace de hidrógeno).

Uno de los signos del enlace de hidrógeno puede ser la distancia entre el átomo de hidrógeno y el otro átomo, se forma. Debe ser menor que la suma de los radios de estos átomos.

Ocurren, como regla general, entre los átomos de flúor, nitrógeno y oxígeno (los elementos más electronegativos), con menos frecuencia, con la participación de cloro, átomos de azufre y otros no metales. Los enlaces de hidrógeno fuertes se forman en tales sustancias líquidas, como el agua, el hidrógeno fluoruro, los ácidos inorgánicos que contienen oxígeno, los ácidos carboxílicos, los fenoles, los alcoholes, el amoníaco, las aminas. Cuando la cristalización, generalmente se conservan los enlaces de hidrógeno en estas sustancias.

Adiccion propiedades físicas Sustancias con estructura molecular sobre la naturaleza de la interacción intermolecular. El efecto del enlace de hidrógeno en las propiedades de las sustancias.

Los enlaces de hidrógeno intermoleculares determinan la asociación de moléculas, que conduce a un aumento en la temperatura de ebullición y fusión. Por ejemplo, el alcohol etílico C2H5OH, capaz de asociarse, hierve a + 78.3 ° C, y el éter dimetílico de CH3OSN3, que no forma enlaces de hidrógeno, solo a -24 ° C ( fórmula molecular Ambas sustancias C2H6O).

La formación de n-enlaces con moléculas solventes contribuye a la mejora de la solubilidad. Así, los alcoholes metilo y etílico (CH3OH, C2N5Y), formando n-enlaces con moléculas de agua, disueltas en él indefinidamente.

El enlace de hidrógeno intramolecular se forma con una ubicación espacial favorable en la molécula de los grupos correspondientes de átomos y afecta específicamente las propiedades. Por ejemplo, la N-enlace dentro de las moléculas de ácido salicílico aumenta su acidez. Los enlaces de hidrógeno desempeñan un papel extremadamente importante en la formación de la estructura espacial de los biopolímeros (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos), que determinan en gran medida sus funciones biológicas.

Fuerzas de interacción intermolecular (fortaleza de Van der Waals). Interacción oriental, inducción y dispersión.

Interacción intermolecular- Interacción entre moléculas o átomos eléctricamente neutros.

A van der Waals Las fuerzas incluyen interacciones entre dipolos (permanentes e inducidos). El nombre se debe al hecho de que estas fuerzas son la causa de la enmienda de presión interna en la ecuación del estado del gas real de Van der Waals. Estas interacciones están determinadas principalmente por las fuerzas responsables de la formación de la estructura espacial de las macromoléculas biológicas.

Orientación: Las moléculas polares en las que los centros de gravedad de los cargos positivos y negativos no coinciden, por ejemplo, HCl, H2O, NH3, se centran en tal manera que termina con cargos opuestos están cerca. Hay una atracción entre ellos. (Keesoma Energy) se expresa por la proporción:

E k \u003d -2 μ 1 μ 2 / 4π ε 0 R 3,

¿Dónde μ1 y μ2 son momentos de dipolo de dipolos interactivos, R es la distancia entre ellos? La atracción Dipolo-dipole se puede realizar solo cuando la energía de la atracción excede la energía térmica de las moléculas; Esto generalmente tiene lugar en sustancias sólidas y líquidas. La interacción dipolo-dipolo se manifiesta en fluidos polares (agua, hidrógeno fluoruro).

Inducción: Bajo la acción de los extremos cargados de la molécula polar, las nubes electrónicas de moléculas no polares se desplazan hacia una carga positiva y se alejan de lo negativo. La molécula no polar se convierte en polar, y las moléculas comienzan a atraerse entre sí, solo mucho más débiles que dos moléculas polares.

(Energía de Debye) está determinada por la expresión:

E d \u003d -2 μ mA 2 γ / R 6,

donde μ Kin es el momento del dipolo inducido.

La atracción de dipoles constantes e inducidos suele ser muy débil, ya que la polarizabilidad de las moléculas de la mayoría de las sustancias es pequeña. Actúa solo a distancias muy bajas entre los dipolos. Este tipo de interacción se manifiesta principalmente en las soluciones de compuestos polares en disolventes no polares.

DispersiónTambién se pueden atraer entre moléculas no polares. Los electrones que están en movimiento constante pueden centrarse para enfocarse en un lado de la molécula, es decir, una partícula no polar se convertirá polar. Esto provoca la redistribución de los cargos en las moléculas vecinas, y se establecen relaciones a corto plazo entre ellos.

(La energía de Londres) está dada por la relación:

E l \u003d -2 μ mg 2 γ 2 / R 6,

donde μ MGN es el momento de un dipolo instantáneo. Las fuerzas de la atracción de Londres entre partículas no polares (átomos, moléculas) son muy cortas. Los valores de energía de dicha atracción dependen del tamaño de las partículas y el número de electrones en los dipolos inducidos. Estas relaciones son muy débiles, las más débiles de todas las interacciones intermoleculares. Sin embargo, son los más versátiles, a medida que surgen entre cualquier molécula.

Comunicaciones de hidrógeno.(N-comunicación) es un tipo especial de interacción entre los grupos capaz de reacción, mientras que uno de los grupos contiene un átomo de hidrógeno propenso a tal interacción. El enlace de hidrógeno es un fenómeno global que cubre toda la química. En contraste con los enlaces químicos convencionales, la conexión N no parece como resultado de la síntesis específica, sino que surge en las condiciones adecuadas y se manifiesta en forma de interacciones intermoleculares o intramoleculares.

Características de los enlaces de hidrógeno.

Una característica distintiva del enlace de hidrógeno es una resistencia relativamente baja, su energía es de 5 a 10 veces más baja que la energía del enlace químico. Por energía, ocupa una posición intermedia entre los enlaces químicos y las interacciones de Van der Waals, aquellas que sostienen moléculas en una fase sólida o líquida.

En la formación del N-Bond, la electronegabilidad de los átomos involucrados en la conexión se desempeña un papel definitorio: la capacidad de retrasar los electrones del enlace químico de un socio atómico que participa en este sentido. Como resultado, se produce una carga negativa parcial D-Ocurre en átomo y con mayor electronegitilidad, y un pareja D + Atom-Parter positivo es positivo. comunicaciones químicas Al mismo tiempo, polariza: y D- -D D +.

La carga positiva parcial resultante en el átomo de hidrógeno permite atraer a otra molécula, que también contiene un elemento de electrónicos, por lo que, por lo tanto, las interacciones electrostáticas se realizan en la formación de n-comunicación.

Tres átomos están involucrados en la formación de n-enlaces, dos electronegativos (A y B) y el átomo de hidrógeno entre ellos, la estructura de tal relación puede presentarse de la siguiente manera: B ··· HD + -A D- (Hidrógeno Los bonos generalmente se denotan por una línea de puntos). Atom A, asociado químicamente con N, se llama el donante de protones (Lat. Donare Donare - Dar, sacrificando), y B - su aceptador (Lat. Aceptador - Aceptador). La mayoría de las veces, la verdadera "donación" no es, y H permanece químicamente asociada con A.

ATOMS: los donantes A, que suministran H para la formación de n-enlaces, no muchos, casi solo tres: N, O y F, al mismo tiempo, un conjunto de átomos de aceptores B es muy amplio.

El concepto y el término "comunicación de hidrógeno" introdujeron V.lothimer y R. UERBUSH en 1920, con el fin de explicar altas temperaturas Agua hirviendo, alcoholes, hf líquido y algunas otras conexiones. Comparando el punto de ebullición de los compuestos relacionados con H2O, H 2 S, H 2 SE, y H 2 TE, notaron que el primer miembro de esta serie - Agua: hierve mucho más alto de lo que siguió de los patrones que se formó el resto. Miembros de una serie. A partir de este patrón, el agua debe hervirse a 200 ° C más bajo que el valor verdadero observado.

Exactamente se observa la misma desviación para el amoníaco en una fila de compuestos relacionados: NN 3, H 3 P, H 3 como, H 3 SB. Su verdadero punto de ebullición (-33 ° C) es de 80 ° C sobre el valor esperado.

Cuando el líquido está hirviendo, solo la interacción de Van der Waals, aquellos que sostienen las moléculas en la fase líquida son destruidos. Si el punto de ebullición es inesperadamente alto, entonces, por lo tanto, las moléculas se asocian adicionalmente algunas otras fuerzas. En este caso, esto son enlaces de hidrógeno.

De manera similar, el aumento del punto de ebullición de alcoholes (en comparación con los compuestos que no contienen grupo -ono) es el resultado de la formación de enlaces de hidrógeno.

Actualmente, una forma confiable de detectar n comunicaciones proporciona métodos espectrales (la espectroscopia de infrarrojos más a menudo). Las características espectrales de los grupos relacionados con los humanos asociados con los enlaces de hidrógeno son notablemente diferentes de los casos cuando esta conexión está ausente. Además, si los estudios estructurales muestran que la distancia entre los átomos B-N es menor que la cantidad de radio de Van der Waals, se cree que se establece la presencia de la conexión N.

Además de mayor temperatura Los enlaces de hidrógeno hirviendo también aparecen en la formación de una estructura cristalina de una sustancia, aumentando su punto de fusión. En la estructura cristalina del hielo, los enlaces n forman una malla a granel, mientras que las moléculas de agua están dispuestas de modo que los átomos de hidrógeno de una molécula se dirigen a los átomos de oxígeno de las moléculas adyacentes:

El ácido bórico B (OH) 3 tiene una estructura cristalina en capas, cada molécula está unida por enlaces de hidrógeno con otras tres moléculas. El embalaje de moléculas en la capa forma un patrón de parquet recolectado de hexágonos:

La mayoría de las sustancias orgánicas no son solubles en agua, cuando se rompe tal regla, entonces, con mayor frecuencia, este es el resultado de la intervención de los enlaces de hidrógeno.

El oxígeno y el nitrógeno son los principales donantes de protones, asumen en función del átomo a en el Tríde B ··· h d + -a D-. Ellos, con mayor frecuencia, actúan como aceptores (ATOM B). Debido a esto, algunas sustancias orgánicas que contienen O y N en el papel de un átomo B se pueden disolver en agua (el papel de un átomo a realiza el oxígeno de agua). Los enlaces de hidrógeno entre materia orgánica y agua ayudan a "eliminar" moléculas de materia orgánica, traduciéndola en una solución acuosa.

Hay una regla empírica: si orgánico No contiene más de tres átomos de carbono por un átomo de oxígeno, se disuelve fácilmente en el agua:

Benzol es muy ligeramente soluble en agua, pero si reemplaza un grupo de CH en N, obtenemos la piridina C 5 H 5 N, que se mezcla con agua en cualquier relación.

Los enlaces de hidrógeno se pueden mostrar en soluciones no acuosas cuando se produce una carga parcial positiva en hidrógeno, y hay una molécula que contiene un aceptor "bueno", como un oxígeno de regla. Por ejemplo, el cloroformo HCCL 3 disuelve los ácidos grasos y el acetileno HCєCH soluble en acetona:

Este hecho encontró una aplicación técnica importante, el acetileno a presión es muy sensible a las fábricas de conmoción cerebral y se explota fácilmente, y su solución en acetona bajo presión es segura en la circulación.

Los enlaces de hidrógeno en los polímeros y los biopolímeros juegan un papel importante. En celulosa, el componente principal de los grupos hidroxilo de madera se ubica en forma de grupos laterales de la cadena de polímero recogida a partir de fragmentos cíclicos. A pesar de la energía relativamente débil de cada N-enlace individual, su interacción a lo largo de la molécula de polímero conduce a una interacción intermolecular tan poderosa de que la disolución de la celulosa es posible solo cuando se utiliza un disolvente exótico de alto polar, el reactivo del Swiss (complejo de amoníaco de hidróxido de cobre).

Comunicación de hidrógeno (n-comunicación)- Este es un enlace formado por el átomo de hidrógeno protonado con un átomo de electrones fuertemente de la misma u otra molécula. En condiciones normales, la valencia de hidrógeno es igual a 1, y es capaz de generalizar con otros átomos un par de electrones, formando un enlace covalente: un átomo de hidrógeno puede colocar un electrón, formando un ión de hidruro H +.

El átomo de hidrógeno tiene una característica que lo distingue de todos los demás átomos: renunciar a su electrón, permanece en forma de un núcleo sin electrones, es decir, En forma de partícula, un diámetro, que es miles de veces menor que el diámetro de los átomos restantes. En ausencia de electrones, ION H + no se repele mediante conchas electrónicas de otros átomos o iones, pero, por el contrario, atrae; Puede acercarse de cerca a otros átomos, interactuar con sus electrones e incluso incrustar sus conchas electrónicas. En los líquidos H + -YION, en su mayoría no se conserva en forma de una partícula independiente, y se une a las moléculas de dos sustancias: en agua con moléculas de agua, formando iones h 3 O +-iion hydroxonium; Con la molécula de amoníaco - NH 4 + -Yone amonium.

Al estar asociado con el átomo de uno de los elementos más electronegativos: con un átomo de flúor, oxígeno, cloro y nitrógeno, un átomo de hidrógeno adquiere una carga positiva relativamente alta que no exceda uno. Dado que esta carga se concentra en una cocina atómica extremadamente pequeña, está muy cerca de otro átomo que lleva una carga negativa. Esto provoca la formación de una conexión dipolo-dipolo bastante fuerte con la energía de 20-30 kJ / mol y más. El enlace de hidrógeno se produce como resultado de la interacción de interdapole de dos enlaces fuertemente polares que pertenecen a varias moléculas o una misma molécula. Es más débil que ordinario comunicación covalenteLa energía cuya energía es de aproximadamente 125-420 kJ / mol y se puede mejorar debido a la polarización mutua de los enlaces debido a estas características del átomo de hidrógeno. El enlace de hidrógeno (n-comunicación) se denota por X-N × × x x.

Un átomo de hidrógeno involucrado en un enlace de hidrógeno puede ubicarse precisamente en el medio entre dos átomos fuertemente negativos, una ubicación simétrica o cambiando más cerca de eso, que tiene una mayor electronegatividad: ubicación asimétrica.

La energía del enlace de hidrógeno es suficiente para que con temperaturas convencionales y reducidas, cause una notable disociación de moléculas. El hidrógeno flúor incluso cerca del punto de ebullición tiene una composición promedio (HF) 4. La asociación conduce a temperaturas anormalmente altas de fusión y hervir fluoruro de hidrógeno. La existencia del dímero H 2 F 2 explica la formación de sales ácidas de tipo KHF 2 × NAHF 2. El hecho de que el ácido hidrofluorico es diferente a cloruro clorhídrico, bromuro clorhídrico y ordoyedral, representa Ácido débil (K D \u003d 7 × 10 -4) también es una consecuencia de la asociación de moléculas de HF debido a los enlaces de hidrógeno.

En presencia de un enlace de hidrógeno asimétrico, que se produce en los compuestos de oxígeno y nitrógeno, el hidrógeno está ligeramente más cerca de uno de los dos átomos adyacentes, aquí n-comunicación intermolecular. Cada molécula H2O está involucrada en la formación de dos enlaces N, de modo que un átomo de oxígeno resulta asociarse con cuatro átomos de hidrógeno. Las moléculas de agua asociadas forman una estructura espacial abierta, donde cada átomo de oxígeno se encuentra en el centro del tetraedro, y los átomos de hidrógeno se encuentran en las esquinas.

Estructura de agua espacial abierta.

La estructura de hielo a cielo abierto explica su menor densidad que el agua. Al derretir, parte de los enlaces n se rota y la densidad del agua aumenta, porque Las moléculas están dispuestas más apretadas. El examen de rayos X mostró que para la mayoría de las moléculas en agua líquida, también se persiste un entorno tetraédrico: la ubicación de las moléculas vecinas es casi la misma que en el cristal de hielo, y se repite la capa subsiguiente

alguna desviación del orden especificado; La desviación aumenta a medida que se elimina la molécula. Para el agua, la presencia de "cerca del orden" se caracteriza por otros líquidos, y en menor medida, en comparación con otros líquidos, la presencia de un "largo alcance". Esto explica la presencia de una estructura de cristal en agua.

Propiedades de agua, como valores grandes de capacidad de calor y evaporación de calor, temperaturas de fusión y ebullición anormalmente altas, constante dieléctrica alta, debido al límite de las moléculas de agua con enlaces de hidrógeno. Sin n-enlaces t pl.v. \u003d -100 o c, t kip. Agua \u003d -80 O C.

Los enlaces de hidrógeno están presentes en amoníaco líquido. El átomo de hidrógeno asociado con el carbono puede adquirir la capacidad de formar un enlace de hidrógeno si la valencia de carbono restante está saturada con altos átomos electronegativos o grupos atómicos correspondientes, por ejemplo, cloroformo (SNSL 3), pentacculoroetano (CCl 3 -Cl 2), es decir, El vecindario de átomos electronegativos puede activar la formación de enlaces de hidrógeno en los átomos del grupo CH, aunque la electronegabilidad de los átomos C y H es casi la misma. Esto explica la aparición de n-enlaces entre moléculas en HCN líquido, CHF 3, etc.

El enlace de hidrógeno es peculiar de cualquier estado agregado de la sustancia. Se forma entre las mismas y entre las diferentes moléculas, entre las diferentes partes de la misma molécula. bono de hidrógeno intramolecular. El más común es la conexión N entre las moléculas que contienen grupos hidroxilo.

Fácilmente éteres con una mayor masa molar de más volátiles que los alcoholes, ya que todos los átomos de hidrógeno están asociados con átomos de carbono y no son capaces de formar enlaces H.

El papel de los enlaces H en los sistemas bioquímicos es excelente. Las propiedades de las proteínas y los ácidos nucleicos se deben en gran medida a la presencia de enlaces de hidrógeno. N-Bond juega un gran papel en los procesos de disolución. Los enlaces de hidrógeno en moléculas de proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos biológicamente importantes son especialmente comunes, por lo que estos bonos desempeñan un papel importante en la química de los procesos de la vida.