Szerkezet hidrogén kötés elemezünk veled egy példát kölcsönhatások vízmolekulák egymás között.

A vízmolekula az dipól... Ez azért van, mert az atom hidrogéntársul több elektronegatív elem oxigénmiután megtapasztalta hátrány elektronok és ezért képes kölcsönhatásba kerül egy másik vízmolekula oxigénatomjával.

Ennek eredményeként kölcsönhatások felmerül hidrogén kötés (Ábra: 2.1):

2.1. A vízmolekulák közötti hidrogénkötések kialakulásának mechanizmusa

Ezt azzal magyarázzák hidrogénatomtársul több elektronegatív egy elem, amelynek meg nem osztott elektronpár (nitrogén, oxigén, fluor stb.), tapasztalatok hátrány elektronok és ezért képes kölcsönhatásba lépni velük meg nem osztott egy elektronpár egy másik elektronegatív atom ez vagy egyéb molekulák.

Ez azt is eredményezi hidrogén kapcsolat, amely grafikusan van feltüntetve három pont (Ábra):

Ábra: 2.2. A hidrogénkötés kialakulásának mechanizmusa egy proton (Н . δ + ) és több elektronegatív kénatom (:S δ - ), oxigén (:O δ - ) és nitrogén (:N δ - )

Ez a kapcsolat jelentősen fennáll gyengébb egyéb kémiai kötések ( energia az iskolai végzettsége 10-40 kJ / mol), és főként elektrosztatikus és donor-akceptor kölcsönhatások határozzák meg.

A hidrogénkötés hasonló lehet intramolekulárisés intermolekuláris.

2.1.4. Hidrofób kölcsönhatások

Mielőtt figyelembe vesszük a természetet hidrofób kölcsönhatás, be kell vezetni a „ hidrofil " és " hidrofób " funkcionális csoportok.

Azokat a csoportokat nevezzük, amelyek hidrogénkötéseket tudnak kialakítani a vízmolekulákkal hidrofil.

Ezek a csoportok magukban foglalják poláris csoportok: aminocsoport (-NH 2 ) , karboxilcsoport(- COOH), karbonilcsoport(- CHO) és szulfhidril Csoport ( - SH).

Általában, hidrofil a kapcsolatok jók oldódó vízben. !!! Ez annak köszönhető, hogy a poláros csoportok képesek hidrogénkötéseket kialakítani a vízmolekulákkal .

A megjelenés az ilyen linkeket kíséri energia felszabadulás, ezért hajlamos a maximalizálja az érintkezési felületet töltött csoportok és víz ( Ábra: 2.3):

Ábra: 2.3. A hidrofób és hidrofil kölcsönhatások kialakulásának mechanizmusa

Azokat a molekulákat vagy molekularészeket nevezzük, amelyek nem képesek hidrogénkötéseket kialakítani a vízzel hidrofób csoportok.

Ezek a csoportok magukban foglalják alkilcsoport és aromás radikálisok nem poláris és ne cipelj elektromos töltés.

Hidrofób csoportok – rosszul vagy egyáltalán nem oldódó vízben.

Ezt azzal magyarázzák atomok és atomcsoportoktartalmazza hidrofób csoportok vannak elektromosan semlegesés ezért) nem tud forma hidrogénkötések vízzel.

!!! A hidrofób kölcsönhatások a nem poláros gyökök közötti érintkezésből származnak, amelyek nem képesek megszakítani a vízmolekulák közötti hidrogénkötéseket.

Ennek eredményeként vízmolekulák által kiszorítva felület hidrofil molekulák ( Ábra: 2.3).

2.1.5. Van der Waals kölcsönhatások.

A molekulákban vannak nagyon gyenge és rövid hatótávolságú vonzó erők elektromosan semleges atomok és funkcionális csoportok között.

Ezek az ún van der Waals kölcsönhatások.

Esedékesek elektrosztatikus kölcsönhatás negatív töltésű elektronok között egy atom és pozitív töltésű mag egy másik atom.

Mivel az atomok magjai árnyékolt a sajátjuk elektronok a szomszédos atomok magjaiból, majd különböző atomok között keletkeznek van der Waals kölcsönhatások nagyon kicsi.

Mindezek interakciók típusai részt venni a formáció, fenntartása és stabilizáció térszerkezet ( konformációk) fehérjemolekulák ( Ábra: 2.4):

Ábra: 2.4. Kialakulási mechanizmus kovalens kötések és gyenge nem kovalens kölcsönhatások:1 - elektrostatikus kölcsönhatások;2 - hidrogénkötések;3 - hidrofób kölcsönhatások,4 - diszulfidkötések

Erők, amelyek hozzájárulnak a fehérjék térszerkezetének kialakulása és stabil állapotban tartásanagyon gyengék erők... Ezen erők energiája tovább 2-3 kevesebb, mint a kovalens kötések energiája. Az egyes atomok és atomcsoportok között hatnak.

A biopolimerek (fehérjék) molekuláiban található óriási számú atom azonban oda vezet, hogy e gyenge kölcsönhatások teljes energiája összehasonlíthatóvá válik a kovalens kötések energiájával.

A vízmolekulák hidrogénkötéseken keresztül kapcsolódnak egymáshoz, az oxigén és a hidrogénatom közötti távolság 96 pm, két hidrogén között pedig 150 pm. Szilárd állapotban az oxigénatom részt vesz a szomszédos vízmolekulákkal két hidrogénkötés kialakulásában. Ebben az esetben az egyes H 2 O molekulák egymással ellentétes pólusokkal érintkeznek. Így olyan rétegek képződnek, amelyekben mindegyik molekula a rétegének három és a szomszédos egyik molekulájához kapcsolódik. Ennek eredményeként a jég kristályszerkezete hatszögletű "csövekből" áll, amelyek méhsejtszerűen kapcsolódnak egymáshoz.

Számítógépes szimulációk szerint 1,35 nm-es csőátmérőn és 40 000 atmoszférás nyomáson a hidrogénkötések megcsavarodtak, ami kettős falú spirál kialakulását eredményezte. Ennek a szerkezetnek a belső fala négy tekercsre van csavarva, a külső pedig négy dupla hélixből áll, hasonlóan a DNS-molekula szerkezetéhez.

Ez utóbbi tény nemcsak a vízzel kapcsolatos elképzeléseink fejlődésében hagy nyomot, hanem a korai élet és maga a DNS-molekula fejlődésében is. Ha azt feltételezzük, hogy az élet keletkezésének korszakában a kriolit agyag kőzetei nanocsövek voltak, felmerül a kérdés - szolgálhat-e szerkezeti alapként a bennük szorbált víz - mátrix a DNS-szintézishez és az információ olvasásához? Talán ezért megismétli a DNS spirális szerkezete a víz spirálszerkezetét nanocsövekben. A New Scientist folyóirat szerint külföldi kollégáinknak infravörös spektroszkópia és neutronszóró spektroszkópia segítségével valós kísérleti körülmények között kell megerősíteniük az ilyen vízmakromolekulák létezését.

A jég nanokristályok ilyen tanulmányait 2007-ben Mikaelides, a londoni Nanotechnológiai Központ és Morgenstern, az Egyetem végezte. Leibniz Hannoverben (36. ábra). Hűtötték a vízgőzt egy fémlemez felülete fölé, 5 Kelvin fokos hőmérsékletre. Hamarosan pásztázó alagútmikroszkóppal egy hexamer (hat egymással összekapcsolt vízmolekula), a legkisebb hópehely volt megfigyelhető a lemezen. Ez a lehető legkisebb jégcsomó. A tudósok hét, nyolc és kilenc molekulát tartalmazó klasztereket is megfigyeltek.

Rizs . 36. Pásztázó alagútmikroszkóppal kapott víz-hexamer képe, amelynek átmérője körülbelül 1 nm. Fotó London Nanotechnológiai Központ

A víz fejlesztése, amely lehetővé tette a víz-hexamer képének elkészítését, önmagában is fontos tudományos eredmény. A megfigyeléshez minimálisra kellett csökkenteni a szondázási áramot, ami lehetővé tette az egyes vízmolekulák közötti gyenge kötések megóvását a megfigyelési folyamat miatti pusztulástól. Ezenkívül a munkában a kvantummechanika elméleti megközelítéseit használták. Az integrált megközelítés lenyűgöző eredményeket hozott.

nem úgy mint kristály jég, ahol a kötési energia megegyezik az összes vízmolekula között, nanoklaszterekben az erős és gyenge kötések (és a megfelelő távolságok) váltakoznak az egyes molekulák között. Fontos eredményeket értek el a vízmolekulák hidrogénkötések eloszlatására és a fémfelülettel való összekapcsolására vonatkozó képességéről is.

Az Oparin elméleti elemzése, Miller, Fox és mások kísérletei vitathatatlanul bizonyítják, hogy a természetben a szerves molekulák szervetlenekből is felépíthetők. Kísérleteikben a fő energiaforrás a hő. A természetben ez a napsugárzás és a magma energia. Egy másik nagyon jelentős következtetés az, hogy az élet eredete lúgos környezetben fordulhat elő. Minden esetben megfigyelhető az élők önszerveződése.

A XIX. Pastior arra hívta fel a figyelmet, hogy az élettelen természetben a molekulák szimmetrikusak. Az élő természetben pedig a molekulák tükrös aszimmetriája van. A fehérjék lebegő aminosavakból állnak. Ezt a tulajdonságot a fény polarizációs síkjának molekula forgása határozza meg. Hogyan magyarázzuk meg a jelenséget?

Lehetséges, hogy az aszimmetria jelenléte a szerves molekulákban akkor nyilvánul meg, amikor a bioszférát megelőző nyílt rendszer rendkívül egyensúlyhiányos kritikus állapotban van.

Hirtelen evolúciós átmenet következett be, amely az önszerveződés jellemző jellemzője. Erre az állapotra példa olyan kísérletek, amikor a vízmolekulák nanocsövekben hasonlítanak a DNS-re. Az élettelen természetű szimmetrikus molekulákról az élő természet aszimmetrikus biomolekuláira való átmenet a kémiai evolúció kezdeti szakaszában, az anyag önszerveződéseként fordulhat elő. Prof. Antonov bebizonyította, hogy a víz is nyitott rendszer, és energiát és anyagot cserél a környezettel (prof. Antonov, 1992).

Ilyen szélsőséges körülményeket figyelnek meg a vulkáni tevékenység, a fiatal Föld légkörében történő kibocsátások. A kalcium-karbonáttal kölcsönhatásban lévő ásványvíz, valamint a tengervíz kedvező spektrum az önszerveződő struktúrák megőrzéséhez. A Kirlian-hatás laboratóriumi körülmények között olyan szelektív kisülést hoz létre, amely lehetővé teszi az atomok vagy molekulák fénykibocsátásának megfigyelését. Miller kísérletei nem egyensúlyi szélsőséges körülményeket is létrehoznak gázkisüléssel.

Kirlian aura - az elektromos kisülés plazma ragyogása a tárgyak felületén 10-100 kHz nagy frekvenciájú váltakozó elektromos mezőben figyelhető meg, amelynél az elektróda és a vizsgált tárgy között 5-30 kV közötti feszültség keletkezik. A Kirlian-hatás villámként vagy statikus kisülésként figyelhető meg bármely biológiai, szerves tárgyon, valamint a különféle természetű szervetlen mintákon.

A Kirlian-aura megjelenítéséhez nagy váltakozó feszültséget, nagy frekvenciát alkalmaznak az elektródára - 1 és 40 kilovolt között 200-15000 Hertz mellett. Maga a tárgy szolgál a másik elektródként. Mindkét elektródát elválasztja egy szigetelő és egy vékony levegőréteg, amelyek molekuláit erős mágneses mező disszociálja az elektróda és a tárgy között. Ebben a légrétegben, amely a tárgy és az elektróda között helyezkedik el, három folyamat megy végbe.

Az első folyamat az ionizáció és az atom-nitrogén képződése.

A második folyamat a levegőmolekulák ionizálása és egy ionáram képződése - korona kisülés az objektum és az elektróda között. A ragyogó korona alakja, sűrűsége stb. az objektum saját elektromágneses sugárzása határozza meg.

A harmadik folyamat az elektronok átmenete az alacsonyabb energiaszintről a magasabb energiaszintre és fordítva. Az elektronok ezen átmenetével fénykvantum bocsátódik ki. Az elektronátmenet nagysága a vizsgált tárgy belső elektromágneses mezőjétől függ. Ezért a tárgyat körülvevő mező különböző pontjain az elektronok különböző impulzusokat kapnak, azaz ugrás különböző energiaszintekre, ami fénykvantumok kibocsátásához vezet különböző hosszúságú és energia. Ez utóbbiakat az emberi szem vagy a színes fényképpapír különböző színekként rögzíti, amelyek a tárgytól függően különböző színekkel színezhetik az izzó koronát. Ez a három folyamat összességében általános képet ad a Kirlian-effektusról, amely lehetővé teszi egy tárgy elektromágneses mezőjének tanulmányozását. A Kirlian-effektus tehát egy élő tárgy bioelektromos aurájához kapcsolódik.

Az oxigénatomok és a pozitív töltésű hidrogénatomok közötti magányos elektronpárok jelenléte a H 2 O molekulákban egy nagyon különleges kölcsönhatáshoz vezet a molekulák között, az úgynevezett HYDROGEN BOND (lásd ábra). Ellentétben a számunkra már ismert fajokkal kémiai kötés ez a kötés intermolekuláris.

Hidrogénkötés (az ábrán szaggatott vonal jelzi) egy vízmolekula elektronhiányos hidrogénatomjának és egy másik vízmolekula oxigénatomjának egyedüli elektronpárjának kölcsönhatásából adódik.

A hidrogénkötés különleges eset intermolekuláris kötések... Úgy gondolják, hogy főleg elektrosztatikus erők okozzák. A hidrogénkötés létrejöttéhez szükség van arra, hogy a molekula egy vagy több hidrogénatomot tartalmazjon, amely kicsi, de elektronegatív atomokkal van kapcsolatban, például: O, N, F. Fontos, hogy ezek az elektronegatív atomok ne legyenek megosztva elektronikus párok... Ezért a hidrogénkötések olyan anyagokra jellemzőek, mint a víz H 2 O, ammónia NH 3, hidrogén-fluorid HF. Például a HF molekulákat hidrogénkötések kötik össze, amelyeket az ábra szaggatott vonalakkal mutat:

Hidrogénkötések körülbelül 20-szor kevésbé tartós, mint a kovalens, de a víz normál körülmények között folyékony vagy jég (nem gáz). A hidrogénkötések csak akkor szakadnak meg, ha a folyékony víz gőzzé válik.

0 ° C feletti hőmérsékleten (de a forráspont alatt) a víz már nem rendelkezik ilyen rendezett molekulák közötti szerkezettel, amint az az ábrán látható. Ezért folyékony vízben a molekulák csak több molekula külön aggregátumában kapcsolódnak egymáshoz. Ezek az egységek szabadon mozoghatnak egymás mellett, mozgékony folyadékot képezve. De a hőmérséklet csökkenésével a sorrend egyre nagyobbá válik, és az aggregátumok egyre nagyobbak. Végül jég keletkezik, amelynek pontosan az ábrán látható rendezett szerkezete van.

Téma: A SZERVETLEN VEGYÜLETEK ALAPOZATAI. SZERVETLEN ANYAGOK OSZTÁLYOZÁSA

Előadás terve:

1. A szervetlen vegyületek fő osztályai.
2. Alapok. Kémiai tulajdonságok.
3. Oxidok. Típusaik, kémiai tulajdonságok.
4. Savak. Besorolás és kémiai tulajdonságaik.
5. Só. Besorolás és kémiai tulajdonságaik.

Egyszerű anyagok... A molekulák egyfajta atomokból állnak (egy elem atomjai). Kémiai reakciókban nem bomlanak le más anyagokká.

Összetett anyagok (vagy kémiai vegyületek). A molekulák különböző típusú atomokból állnak (különböző atomok) kémiai elemek). A kémiai reakciók során lebomlanak, és számos más anyagot képeznek.

Nincs éles határ a fémek és a nemfémek között, mert van egyszerű anyagokkettős tulajdonságokat mutat.