Struktur ikatan hidrogen kami akan menganalisis dengan Anda sebuah contoh interaksi molekul air di antara mereka sendiri.

Molekul airnya adalah dipol... Ini karena atom hidrogenterkait dengan lebih banyak elektronegatif elemen oksigenpernah mengalami kerugian elektron dan karena itu mampu untuk berinteraksi dengan atom oksigen dari molekul air lain.

Hasil dari interaksi muncul ikatan hidrogen (Angka: 2.1):

2.1. Mekanisme pembentukan ikatan hidrogen antar molekul air

Ini dijelaskan oleh atom hidrogenterkait dengan lebih banyak elektronegatif sebuah elemen memiliki pasangan elektron yang tidak dibagi (nitrogen, oksigen, fluor, dll.), pengalaman kerugian elektron dan karena itu dapat berinteraksi dengan tidak dibagikan sepasang elektron atom elektronegatif lainnya ini atau lain molekul.

Ini juga menghasilkan hidrogen koneksi, yang diindikasikan secara grafis tiga poin (Angka):

Angka: 2.2. Mekanisme pembentukan ikatan hidrogen antara proton (Н . δ + ) dan atom belerang yang lebih elektronegatif (:S δ - ), oksigen (:HAI δ - ) dan nitrogen (:N δ - )

Hubungan ini sangat signifikan lebih lemah ikatan kimia lainnya ( energi pendidikannya 10-40 kJ / mol), dan terutama ditentukan oleh interaksi elektrostatis dan donor-akseptor.

Ikatan hidrogen bisa seperti itu intramolekulerdan antarmolekul.

2.1.4. Interaksi hidrofobik

Sebelum mempertimbangkan alam interaksi hidrofobik, perlu untuk memperkenalkan konsep " hidrofilik " dan " hidrofobik " fungsional kelompok.

Kelompok yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air disebut hidrofilik.

Kelompok-kelompok ini termasuk kutub kelompok: gugus amino (-NH 2 ) , karboksil(- COOH), gugus karbonil(- CHO) dan sulfhydryl Grup ( - SH).

Biasanya, hidrofilik koneksi bagus larut di dalam air. !!! Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gugus kutub mampu membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air .

Munculnya tautan seperti itu disertai dengan pelepasan energi, oleh karena itu, ada kecenderungan memaksimalkan permukaan kontak kelompok bermuatan dan air ( Angka: 2.3):

Angka: 2.3. Mekanisme pembentukan interaksi hidrofobik dan hidrofilik

Molekul atau bagian dari molekul yang tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air disebut kelompok hidrofobik.

Kelompok-kelompok ini termasuk alkil dan aromatik radikal itu non-polar dan jangan membawa muatan listrik.

Kelompok hidrofobik – sangat atau tidak sama sekali larut di dalam air.

Ini dijelaskan oleh atom dan kelompok atomtermasuk dalam hidrofobik kelompok adalah netral secara elektrikdan oleh karena itu) tidak bisa bentuk ikatan hidrogen dengan air.

!!! Interaksi hidrofobik dihasilkan dari kontak antara radikal non-polar yang tidak mampu memutuskan ikatan hidrogen antar molekul air.

Hasil dari molekul air digantikan oleh permukaan molekul hidrofilik ( Angka: 2.3).

2.1.5. Interaksi Van der Waals.

Dalam molekul, ada juga yang sangat kekuatan tarik yang lemah dan jarak pendek antara atom netral secara elektrik dan gugus fungsi.

Inilah yang disebut van der Waals.

Mereka jatuh tempo interaksi elektrostatis antara elektron bermuatan negatif satu atom dan inti bermuatan positif lain atom.

Sejak inti atom terlindung mereka sendiri elektron dari inti atom tetangga, kemudian muncul di antara atom yang berbeda van der Waals interaksi sangat kecil.

Semua ini jenis interaksi ambil bagian formasi, memelihara dan stabilisasi struktur spasial ( konformasi) molekul protein ( Angka: 2.4):

Angka: 2.4. Mekanisme pembentukan ikatan kovalen dan interaksi non-kovalen yang lemah:1 - interaksi elektro-statis;2 - ikatan hidrogen;3 - interaksi hidrofobik,4 - ikatan disulfida

Kekuatan yang berkontribusi pembentukan struktur spasial protein dan menjaganya dalam keadaan stabilsangat lemah kekuatan... Energi gaya ini menyala 2-3 kurang dari energi ikatan kovalen. Mereka bertindak antara atom individu dan kelompok atom.

Namun, banyaknya atom dalam molekul biopolimer (protein) mengarah pada fakta bahwa energi total interaksi lemah ini menjadi sebanding dengan energi ikatan kovalen.

Molekul air dihubungkan oleh ikatan hidrogen, jarak antara oksigen dan atom hidrogen adalah 96 pm, dan antara dua hidrogen - 150 pm. Dalam keadaan padat, atom oksigen berpartisipasi dalam pembentukan dua ikatan hidrogen dengan molekul air tetangga. Dalam hal ini, molekul H 2 O individu bersentuhan satu sama lain dengan kutub yang berlawanan. Dengan demikian, lapisan terbentuk di mana setiap molekul dikaitkan dengan tiga molekul dari lapisannya sendiri dan satu molekul yang berdekatan. Akibatnya, struktur kristal es terdiri dari "tabung" heksagonal yang saling berhubungan seperti sarang lebah.

Menurut simulasi komputer, pada diameter tabung 1,35 nm dan tekanan 40.000 atmosfer, ikatan hidrogen terpelintir, menghasilkan pembentukan heliks berdinding ganda. Dinding bagian dalam struktur ini adalah empat heliks, dan dinding luar terdiri dari empat heliks ganda, mirip dengan struktur molekul DNA.

Fakta terakhir meninggalkan jejak tidak hanya pada evolusi gagasan kita tentang air, tetapi juga pada evolusi kehidupan awal dan molekul DNA itu sendiri. Jika kita berasumsi bahwa di era asal mula kehidupan, batuan tanah liat kriolit berbentuk tabung nano, maka timbul pertanyaan - dapatkah air yang terserap di dalamnya berfungsi sebagai dasar struktural - matriks untuk sintesis DNA dan pembacaan informasi? Mungkin itu sebabnya struktur spiral DNA mengulangi struktur spiral air dalam tabung nano. Menurut jurnal New Scientist, sekarang rekan asing kami harus mengkonfirmasi keberadaan makromolekul air tersebut dalam kondisi eksperimental nyata menggunakan spektroskopi inframerah dan spektroskopi hamburan neutron.

Studi tentang kristal nano es dilakukan pada tahun 2007 oleh Mikaelides dari Pusat Nanoteknologi di London dan Morgenstern dari Universitas. Leibniz di Hanover (Gbr. 36). Mereka mendinginkan uap air di atas permukaan pelat logam pada suhu 5 derajat Kelvin. Segera, dengan menggunakan mikroskop penerowongan pemindaian, sebuah heksamer (enam molekul air yang saling berhubungan), kepingan salju terkecil, diamati di atas piring. Ini adalah gugusan es sekecil mungkin. Para ilmuwan juga mengamati cluster yang mengandung tujuh, delapan dan sembilan molekul.

Nasi . 36. Gambar hexamer air, diperoleh dengan menggunakan scanning tunneling microscope, diameter hexamer sekitar 1 nm. Foto Pusat Nanoteknologi London

Perkembangan teknologi yang memungkinkan untuk mendapatkan citra hexamer air merupakan pencapaian ilmiah yang penting. Untuk pengamatan, perlu untuk mengurangi arus probe seminimal mungkin, yang memungkinkan untuk melindungi ikatan lemah antara molekul air individu dari kehancuran karena proses observasi. Selain itu, pendekatan teoretis mekanika kuantum digunakan dalam pekerjaan ini. Pendekatan terintegrasi telah menghasilkan hasil yang mengesankan.

Tidak seperti es kristal, di mana energi ikat adalah sama antara semua molekul air, dalam nanoklusters ada pergantian ikatan kuat dan lemah (dan jarak yang sesuai) antara molekul individu. Hasil penting juga diperoleh pada kemampuan molekul air untuk mendistribusikan ikatan hidrogen dan mengikatnya dengan permukaan logam.

Analisis teoritis Oparin, eksperimen Miller, Fox dan lain-lain membuktikan bahwa di alam, molekul organik dapat terstruktur dari molekul anorganik. Sumber energi utama dalam eksperimen mereka adalah panas. Di alam, itu adalah radiasi matahari dan energi magma. Kesimpulan lain yang sangat penting adalah bahwa asal mula kehidupan dapat terjadi di lingkungan alkali. Dalam semua kasus, pengorganisasian diri dari yang hidup diamati.

Di abad XIX. Pastior menarik perhatian pada fakta bahwa di alam mati, molekul bersifat simetris. Dan di alam yang hidup, ada cermin asimetri molekul. Protein terdiri dari asam amino levorotatory. Properti ini ditentukan oleh rotasi molekul bidang polarisasi cahaya. Bagaimana menjelaskan fenomena tersebut?

Ada kemungkinan bahwa adanya asimetri dalam molekul organik memanifestasikan dirinya ketika sistem terbuka, yang mendahului biosfer, berada dalam keadaan kritis yang sangat non-kesetimbangan.

Transisi evolusioner yang tiba-tiba telah terjadi, yang merupakan ciri khas dari pengaturan diri. Contoh keadaan ini adalah eksperimen di mana molekul air menyerupai DNA dalam nanotube. Transisi dari molekul simetris dari alam mati ke biomolekul asimetris dari alam hidup dapat terjadi pada tahap awal evolusi kimia, sebagai pengorganisasian materi sendiri. Prof. Antonov membuktikan bahwa air juga merupakan sistem terbuka dan pertukaran energi dan materi dengan lingkungan (prof. Antonov, 1992).

Kondisi ekstrim seperti itu diamati selama aktivitas vulkanik, pelepasan di atmosfer Bumi muda. Air mineral yang berinteraksi dengan kalsium karbonat, serta air laut, merupakan spektrum yang menguntungkan untuk pelestarian struktur yang mengatur dirinya sendiri. Efek Kirlian dalam kondisi laboratorium menciptakan pelepasan selektif yang memungkinkan Anda mengamati emisi cahaya oleh atom atau molekul. Eksperimen Miller juga menciptakan kondisi ekstrim non-ekuilibrium dengan pelepasan gas.

Aura Kirlian - cahaya plasma dari pelepasan listrik diamati pada permukaan objek dalam medan listrik bolak-balik frekuensi tinggi 10-100 kHz, di mana tegangan permukaan muncul antara elektroda dan objek yang diteliti dari 5 hingga 30 kV. Efek Kirlian diamati seperti kilat atau lucutan statis pada objek biologis, organik, serta sampel anorganik dari berbagai alam.

Untuk memvisualisasikan aura Kirlian, tegangan bolak-balik tinggi dengan frekuensi tinggi diterapkan ke elektroda - dari 1 hingga 40 kilovolt pada 200-15000 Hertz. Benda itu sendiri berfungsi sebagai elektroda lainnya. Kedua elektroda dipisahkan oleh isolator dan lapisan tipis udara, yang molekulnya dipisahkan di bawah pengaruh medan magnet yang kuat antara elektroda dan benda. Di lapisan udara ini, yang terletak di antara objek dan elektroda, tiga proses berlangsung.

Proses pertama adalah ionisasi dan pembentukan atom nitrogen.

Proses kedua adalah ionisasi molekul udara dan pembentukan arus ion - lucutan korona antara benda dan elektroda. Bentuk mahkota pijar, kerapatannya, dll. ditentukan oleh radiasi elektromagnetik objek itu sendiri.

Proses ketiga adalah transisi elektron dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi dan sebaliknya. Dengan transisi elektron ini, sebuah kuantum cahaya dipancarkan. Besarnya transisi elektron bergantung pada medan elektromagnetik intrinsik benda yang diteliti. Oleh karena itu, pada berbagai titik medan yang mengelilingi objek, elektron menerima impuls yang berbeda, yaitu. melompat ke tingkat energi yang berbeda, yang mengarah pada emisi kuanta cahaya dengan panjang dan energi berbeda. Yang terakhir didaftarkan dengan mata manusia atau kertas foto berwarna sebagai warna berbeda, yang, bergantung pada objeknya, dapat mewarnai mahkota yang bersinar dalam warna berbeda. Ketiga proses ini secara totalitas memberikan gambaran umum tentang efek Kirlian, yang memungkinkan Anda mempelajari medan elektromagnetik suatu benda. Oleh karena itu, efek Kirlian dikaitkan dengan aura bioelektrik benda hidup.

Adanya molekul H 2 O pasangan mandiri atom oksigen dan atom hidrogen bermuatan positif mengarah pada interaksi yang sangat khusus antara molekul, yang disebut IKATAN HIDROGEN (lihat gambar). Tidak seperti semua spesies yang sudah kita kenal ikatan kimia ikatan ini antarmolekul.

Ikatan hidrogen (dalam gambar diindikasikan dengan garis putus-putus) muncul dari interaksi atom hidrogen yang kehabisan elektron dari satu molekul air dengan pasangan elektron bebas dari atom oksigen dari molekul air lainnya.

Ikatan hidrogen adalah kasus khusus ikatan antarmolekul... Hal ini diyakini terutama disebabkan oleh gaya elektrostatis. Agar ikatan hidrogen terjadi, molekul tersebut harus memiliki satu atau lebih atom hidrogen yang berasosiasi dengan atom kecil tetapi elektronegatif, misalnya: O, N, F. Penting bahwa atom elektronegatif ini memiliki elektron bebas pasangan elektronik... Oleh karena itu, ikatan hidrogen adalah karakteristik zat seperti air H 2 O, amonia NH 3, hidrogen fluorida HF. Misalnya, molekul HF dihubungkan oleh ikatan hidrogen, yang ditunjukkan pada gambar dengan garis putus-putus:

Ikatan hidrogen sekitar 20 kali lebih tahan lama dibandingkan kovalen, tetapi merekalah yang membuat air menjadi cair atau es (bukan gas) dalam kondisi normal. Ikatan hidrogen hanya terputus jika air cair berubah menjadi uap.

Pada suhu di atas 0 ° C (tetapi di bawah titik didih), air tidak lagi memiliki struktur antarmolekul yang teratur, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Oleh karena itu, dalam air cair, molekul dihubungkan bersama hanya dalam agregat terpisah dari beberapa molekul. Agregat ini dapat bergerak bebas di samping satu sama lain, membentuk cairan seluler. Tetapi dengan penurunan suhu, keteraturan menjadi semakin banyak, dan agregat menjadi semakin besar. Akhirnya, es terbentuk, yang memiliki struktur teratur persis seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Topik: KELAS DASAR SENYAWA ANORGANIK. KLASIFIKASI ZAT ANORGANIK

Rencana perkuliahan:

1. Kelas utama senyawa anorganik.
2. Yayasan. Sifat kimiawi.
3. Oksida. Tipe mereka, sifat kimiawi.
4. Asam. Klasifikasi dan sifat kimianya.
5. Garam. Klasifikasi dan sifat kimianya.

Zat sederhana... Molekul tersusun dari satu jenis atom (atom dari satu unsur). Dalam reaksi kimia, mereka tidak dapat terurai menjadi zat lain.

Zat kompleks (atau senyawa kimia). Molekul terdiri dari berbagai jenis atom (atom berbeda unsur kimia). Dalam reaksi kimia, mereka terurai menjadi beberapa zat lain.

Tidak ada batasan yang tajam antara logam dan non logam, karena ada zat sederhanamenunjukkan sifat ganda.