מימן תקשורת - זהו האינטראקציה בין שני אטומים אלקטרונטיביים של אחד או מולקולות שונות באמצעות אטום מימן: A-H ... ב (בונד קוולנטי מצוין, שלוש נקודות - מימן בונד).

אחד הסימנים של אג"ח מימן יכול להיות המרחק בין אטום מימן לבין האטום השני, הוא יורה. זה צריך להיות פחות מסכום של רדיו של אטומים אלה.

הם מתרחשים, ככלל, בין פלואור, אטומי חנקן וחמצן (האלמנטים האלקטרוניים ביותר), פחות לעתים קרובות - בהשתתפות כלור, אטומי גופרית ועוד לא מתכות. אגרות חוב מימן חזקות נוצרות בחומרים נוזלים כאלה כגון מים, מימן פלואוריד, חומצות אורגניות חמצניות, חומצות carboxylic, phenols, אלכוהול, אמוניה, אמינים. כאשר התגבשות, אג"ח מימן בחומרים אלה נשמרו בדרך כלל.

הִתמַכְּרוּת תכונות גשמיות חומרים עם מבנה מולקולרי על אופי האינטראקציה intermolecular. את ההשפעה של קשר מימן על המאפיינים של חומרים.

איגרות חוב מימן ביניים לקבוע את האגודה של מולקולות, אשר מוביל לעלייה בטמפרטורה רתיחה והתכת. לדוגמה, אתיל אלכוהול C2H5OH, מסוגל לאגודה, רותח ב + 78.3 מעלות צלזיוס, ואת אתר dimethyl של ch3osn3, אשר לא יוצר קשר מימן, רק ב -24 ° C ( נוסחה מולקולרית שני חומרים C2H6O).

היווצרות של N- אג"ח עם מולקולות ממס תורם לשיפור המסיסות. אז, מתיל ואתיל אלכוהול (ch3oh, c2n5y), להרכיב n- אג"ח עם מולקולות מים, מומס בו ללא הגבלת זמן.

הקשר המימן המבולבלקולרי נוצר עם מיקום מרחבי חיובי במולקולה של הקבוצות המתאימות של אטומים משפיע באופן ספציפי על המאפיינים. לדוגמה, N-BONG בתוך מולקולות חומצה סליצילית מגדילה את חומצתה. איגרות חוב מימן לשחק תפקיד חשוב מאוד בהיווצרות המבנה המרחבי של biopolymers (חלבונים, polysaccharides, חומצות גרעין), אשר קובע במידה רבה את הפונקציות הביולוגיות שלהם.

כוחות של אינטראקציה intermolecular (כוח ואן דר ואלים). אינטראקציה מרכיבה, אינדוקציה ופיזור.

אינטראקציה intermolecular- אינטראקציה בין מולקולות נייטרלי חשמלית או אטומים.

ל ואן דר ואלס כוחות כוללים אינטראקציות בין דיפולים (קבועים ומושרה). השם נובע מכוחות אלה הם הגורם לתיקון הלחץ הפנימי במשוואת מצב הגז האמיתי של ואן דר ואלס. אינטראקציות אלה נקבעות בעיקר על ידי הכוחות האחראים על היווצרות המבנה המרחבי של מקרומולקולות ביולוגיות.

נטייה: מולקולות פולאריות שבהן מרכזי הכובד של חיובים חיוביים ושליליים אינם חופפים, למשל HCL, H2O, NH3, מתמקדים בצורה כזו המסתיימת עם חיובים הנגדיים נמצאים בקרבת מקום. יש אטרקציה ביניהם. (Keesoma Energy) באה לידי ביטוי על ידי היחס:

E k \u003d -2 μ 1 μ 2 / 4π ε 0 r 3,

איפה Μ1 ו μ2 הם רגעים דיפול של דיפולים אינטראקציה, r הוא המרחק ביניהם. אטרקציה דיפול-דיפול יכול להתבצע רק כאשר האנרגיה של המשיכה עולה על האנרגיה התרמית של מולקולות; זה בדרך כלל מתרחש בחומרים מוצקים נוזליים. האינטראקציה דיפול-דיפול מתבטאת בנוזלים קוטביים (מים, מימן פלואוריד).

הַשׁרָאָה: תחת הפעולה של הקצוות טעון של מולקולת הקוטב, עננים אלקטרוניים של מולקולות לא פולארית הם זז לעבר תשלום חיובי והרחק השלילי. המולקולה הלא-פולארית הופכת לקוטב, והמולקולות מתחילות למשוך זה את זה, רק הרבה יותר חלשות משני מולקולות קוטביות.

(אנרגיית דבי) נקבעת על ידי הביטוי:

E D \u003d -2 μ MA 2 γ / r 6,

איפה μ Kin הוא רגע של דיפול המושרה.

האטרקציה של דיפולים מתמידים והמושרים היא בדרך כלל חלשה מאוד, שכן הקוטבית של המולקולות של רוב החומרים קטנים. הוא פועל רק במרחקים נמוכים מאוד בין דיפולים. סוג זה של אינטראקציה מתבטאת בעיקר בפתרונות של תרכובות קוטביות ממיסים שאינם פולאריים.

פְּזִירָה: ייתכן שיש נמשך גם בין מולקולות לא פולאריות. האלקטרונים כי הם בתנועה מתמדת עשויים להתמקד להיות ממוקד בצד אחד של המולקולה, כלומר, חלקיק לא פולאר יהפוך לקוטב. זה גורם חלוקה מחדש של חיובים במולקולות השכנות, ויחסים קצרים טווח נקבעים ביניהם.

(אנרגיה בלונדון) ניתנת על ידי היחס:

E l \u003d -2 μ MGN 2 γ 2 / r 6,

איפה μ MGN הוא רגע של דיפול מיידי. כוחות משיכה בלונדון בין חלקיקי פולאר (אטומים, מולקולות) הם קצרי טווח מאוד. ערכי האנרגיה של אטרקציה כזו תלויים בגודל של חלקיקים ומספר האלקטרונים במפרטים המושרשים. יחסים אלה הם חלשים מאוד - החלש של כל אינטראקציות intermolecular. עם זאת, הם הרב-תכליתי ביותר, כפי שהם נובעים בין כל המולקולות.

מימן תקשורת(N- תקשורת) הוא סוג מיוחד של אינטראקציה בין קבוצות מסוגלות תגובה, ואילו אחת הקבוצות מכילה אטום מימן נוטה לאינטראקציה כזו. מימן בונד הוא תופעה גלובלית המכסה את כל הכימיה. בניגוד לאגרות חוב כימיות קונבנציונליות, ה- N-Connection מופיע לא כתוצאה מסינתזה ממוקדת, אך מתעוררת בתנאים מתאימים עצמה ומתבטאת בצורה של אינטראקציות בינוניות או בלתי-זמניות.

תכונות של אג"ח מימן.

תכונה ייחודית של קשר מימן היא כוח נמוך יחסית, האנרגיה שלה היא 5-10 פעמים נמוך יותר מאשר האנרגיה של הקשר הכימי. באנרגיה, היא תופסת עמדת ביניים בין קשרים כימיים לבין אינטראקציות ואן דר ואלים, אלה המחזיקים מולקולות בשלב מוצק או נוזלי.

בהיווצרותם של ה- N-BOND, האלקטרון של אטומים המעורבים בקשר הוא משחק תפקיד מגדיר - היכולת לעכב את האלקטרונים של הקשר הכימי של שותף אטום המשתתף בעניין זה. כתוצאה מכך, תשלום שלילי חלקי d- מתרחשת על אטום ועם ElectroneGitility מוגברת, ו- D + Atom- שותף חיובי הוא חיובי. תקשורת כימית במקביל מקוטב: ו- D- -D D +.

המטען החיובי החשוב וכתוצאה מכך על אטום מימן מאפשר לו למשוך מולקולה נוספת, גם המכיל אלמנט אלקטרוניקרי, ובכך, אינטראקציות אלקטרוסטטיות נעשות לתוך היווצרות של N- תקשורת.

שלושה אטומים מעורבים בהיווצרות של N- אג"ח, שני electrongative (A ו- B) ואת האטום מימן ביניהם, המבנה של מערכת יחסים כזו יכול להיות מוצג כדלקמן: B ··· HD + -A D- (מימן אג"ח מסומנות בדרך כלל על ידי קו נקודה). אטום A, הקשורים כימית עם N, נקרא התורם פרוטון (Lat.onare - לתת, להקריב), ו B - acceptor שלה (acceptor acceptor). לרוב, "תרומה אמיתית" לא, ו- H נשאר קשורים כימית א '

אטומים - תורמים A, אספקת H עבור היווצרות של N-Links, לא רבים, כמעט רק שלושה: N, O ו- F, באותו זמן קבוצה של אטומי קיבול B הוא רחב מאוד.

עצם הרעיון ואת המונח "מימן תקשורת" הציג v.lothimer ו R. Uerbush בשנת 1920, כדי להסביר טמפרטורה גבוהה מים רותחים, אלכוהול, נוזלי HF וכמה קשרים אחרים. השוואת נקודת הרתיחה של תרכובות קשורות H 2 O, H 2 S, H 2 SE, ו- H 2 TE, הם שמו לב כי החבר הראשון של סדרה זו - מים - רותח הרבה יותר גבוה מאשר זה בעקבות הדפוסים כי השאר הוקמו חברי סדרה. מתוך דפוס זה, מים צריכים להיות מבושלים ל 200 מעלות צלזיוס נמוך יותר מאשר ערך אמיתי שנצפה.

בדיוק אותו סטייה נצפתה עבור אמוניה בשורה של תרכובות קשורות: NN 3, H 3 P, H 3 כמו, H 3 SB. נקודת הרתיחה האמיתית שלה (-33 ° C) הוא 80 מעלות צלזיוס מעל הערך הצפוי.

כאשר הנוזל הוא רותח, רק האינטראקציה של ואן דר ואלס, אלה המחזיקים מולקולות בשלב הנוזלי נהרסים. אם נקודת הרתיחה גבוהה באופן בלתי צפוי, אם כן, מולקולות קשורות גם כוחות אחרים. במקרה זה, זהו קשר מימן.

באופן דומה, נקודת רתיחה מוגברת של אלכוהול (בהשוואה לתרכובות שאינן מכילות קבוצה - היא) היא תוצאה של היווצרות של אג"ח מימן.

נכון לעכשיו, דרך אמינה לזהות N תקשורת לתת שיטות ספקטרליות (לרוב ספקטרוסקופיה אינפרא אדום). המאפיינים הספקטראליים של קבוצות אנושיות הקשורות לאגרות חוב מימן הם שונים במידה ניכרת ממקרים אלה כאשר הקשר הזה נעדר. בנוסף, אם מחקרים מבניים מראים כי המרחק בין האטומים B-N הוא פחות מאשר את רדיוס ואן דר ואלס, הוא האמין כי נוכחות של N-Connection הוקמה.

בנוסף ל טמפרטורה מוגברת אגרות חוב מימן רותחים מופיעים גם בהיווצרות של מבנה גבישי של חומר, להגדיל את נקודת ההיתוך שלה. במבנה הקריסטל של הקרח, ה- N-BONGS יוצרים רשת בתפזורת, בעוד מולקולות המים מסודרות כך אטומי מימן של מולקולה אחת מופנים לאטומי חמצן של מולקולות סמוכות:

חומצה בורית B (OH) 3 יש מבנה גבישי שכבתית, כל מולקולה קשורה אג"ח מימן עם שלושה מולקולות אחרות. אריזה של מולקולות בשכבה יוצר דפוס פרקט שנאספו משושים:

רוב החומרים האורגניים אינם מסיסים במים, כאשר הכלל הזה שבור, אז, לעתים קרובות, זוהי תוצאה של התערבות של אג"ח מימן.

חמצן וחנקן הם התורמים העיקריים של פרוטונים, הם לוקחים על פונקציה של האטום A נחשב בעבר Triade B ··· זה D + -A-. הם, לרוב, לשמש מקבלים (Atom ב). בשל זה, כמה חומרים אורגניים המכילים O ו- n בתפקיד של אטום B יכול להיות מומס במים (תפקידו של אטום מבצע חמצן מים). איגרות חוב מימן בין חומר אורגני לסיוע במים "להסיר" מולקולות אורגניות, מתרגמים אותו לפתרון מימית.

יש כלל אמפירי: אם אורגני לא מכיל יותר משלוש אטומי פחמן על ידי אטום חמצן אחד, הוא מתמוסס בקלות במים:

בנזול הוא מסיס במקצת במים, אבל אם אתה מחליף קבוצה אחת של Ch על n, אנו מקבלים pyridine c 5 h 5 n, אשר מעורבב עם מים בכל יחסים.

מימן אג"ח יכול להראות עצמם פתרונות לא מימיים כאשר מטען חיובי חלקי מתרחשת על מימן, ויש מולקולה המכילה "טוב" acceptor, כמו חמצן כלל. לדוגמה, HCCL 3 כלורופורם ממיס חומצות שומן, אצטילן hcєch מסיס אצטון:

עובדה זו מצאה יישום טכני חשוב, אצטילן תחת לחץ רגיש מאוד לזתי זמנים קלים בקלות מתפוצץ, ואת הפתרון שלה אצטון תחת לחץ בטוח במחזור.

מימן אג"ח פולימרים וביולימרים לשחק תפקיד חשוב. בתא תאית, המרכיב העיקרי של ווד - קבוצות הידרוקסיל ממוקמים בצורה של קבוצות לרוחב של שרשרת פולימר שנאספו שברי מחזורי. למרות האנרגיה החלשה יחסית של כל n-bond יחסית, האינטראקציה שלהם לאורך מולקולה פולימר מובילה לאינטראקציה בינגרית רבת עוצמה כי פירוק של תאית הופך רק כאשר באמצעות ממיסים אקזוטיים גבוהה פולאר - מגיב של סוויסר (אמוניה קומפלקס של הידרוקסיד נחושת).

מימן תקשורת (N-Communication)- זהו קשר שנוצר על ידי אטום מימן פרישה עם אטום אלקטרונים חזק של אותו או מולקולה אחרת. בתנאים רגילים, ערכיית המימן שווה ל 1, והוא מסוגל להכליל עם אטומים אחרים זוג אלקטרונים אחד, להרכיב בונד קוולנטי: אטום מימן יכול לצרף אלקטרון, להרכיב יון hyride h +.

אטום מימן יש תכונה שמבדיל אותו מכל אטומים אחרים: לוותר על האלקטרון שלה, זה נשאר בצורה של ליבה ללא אלקטרונים, כלומר. בצורת חלקיק, קוטר, שהוא אלפי פעמים פחות מהקוטר של האטומים הנותרים. בהיעדר אלקטרונים, יון H + אינו דוחה על ידי פגזים אלקטרוניים של אטומים או יונים אחרים, אבל, להיפך, מושך; זה יכול להתקרב אטומים אחרים, אינטראקציה עם האלקטרונים שלהם ואפילו להטביע לתוך פגזים אלקטרוניים שלהם. ב H + יions נוזלים, זה לא נשמר בעיקר בצורה של חלקיק עצמאי, ולקשור למולקולות של שני חומרים: במים עם מולקולות מים, יצירת יון H 3 O +ion hydroxonium; עם אמוניה מולקולה - NH 4 + אמוניום.

להיות קשור עם האטום של אחד האלמנטים electronegative ביותר: עם אטום פלואור, חמצן, כלור וחנקן, אטום מימן רוכש תשלום חיובי גבוה יחסית כי לא יעלה על אחד. מאז תשלום זה מרוכז בתנור אטומי קטן מאוד, זה קרוב מאוד אטום אחר עם תשלום שלילי. זה גורם להיווצרות של חיבור דיפול דיפול חזק למדי עם האנרגיה של 20-30 KJ / Mol ועוד. מימן בונד מתרחש כתוצאה של אינטראקציה interdapole של שני קשרים פולאריים מאוד השייכים מולקולות שונות או אחת המולקולה. זה חלש יותר רגיל תקשורת קוולנטיתהאנרגיה של אשר היא בערך 125-420 KJ / MOL ויכול להיות משופרת בשל הקיטוב ההדדי של איגרות חוב בשל תכונות אלה של אטום מימן. מימן בונד (N-Communication) מסומן על ידי X-N × × × x.

אטום מימן המעורב אג"ח מימן יכול להיות ממוקם בדיוק באמצע בין שני אטומים שליליים מאוד - מיקום סימטרי או זז קרוב יותר לזה, אשר יש יותר electronegativity - מיקום אסימטרי.

האנרגיה של אג"ח מימן מספיקה, כך בטמפרטורות קונבנציונליות ומופחתות, לגרום ליתוק ניכר של מולקולות. מימן פלואוריד אפילו ליד נקודת הרתיחה יש הרכב ממוצע (HF) 4. העמותה מובילה לטמפרטורות גבוהות באופן חריג של מימן פלואוריד רותח. קיומו של דימר H 2 F 2 מסביר את היווצרותם של מלחי חומצה מסוג KHF 2 × נחף 2. העובדה כי חומצה hydrofluoric הוא שלא כמו כלורי הידרוכלורית, ברומיד hydrochloric ו orodoyhedral, מייצג חומצה חלשה (K d \u003d 7 × 10 -4) היא גם תוצאה של הקשר של מולקולות HF עקב אג"ח מימן.

בנוכחות אג"ח מימן אסימטרי, המתרחשת בחמצן ותרכובות חנקן, מימן מעט קרוב יותר לאחד משני האטומים הסמוכים, כאן intermolecular N- תקשורת. כל מולקולה H 2 o מעורב בהיווצרות של שני n-bords, כך אטום חמצן מתברר להיות קשור עם ארבעה אטומי מימן. מולקולות מים קשורות טופס מבנה מרחבי פתוח, שבו כל אטום חמצן ממוקם במרכז Tetrahedron, ואת אטומי מימן ממוקמים בפינות.

מבנה מים מרחביים

מבנה הקרח של OpenWork מסביר את הצפיפות הקטנה יותר מאשר מים. כאשר נמס, חלק של N- קישורים קרועים צפיפות של מים עולה, כי מולקולות מסדרות יותר חזקות. בדיקת רנטגן הראתה כי עבור רוב המולקולות במים נוזליים, סביבת Tetrahedral מתמשכת גם: המיקום של המולקולות השכנות הוא כמעט זהה בקרב קריסטל, והשכבה הבאה חוזרת על עצמה

כמה סטייה מהזמנות שצוין; החריגה עולה כמולקולה מוסרת. עבור מים, נוכחות של "פקודה הקרובה" מאופיינת לגבי נוזלים אחרים, ולמידה פחותה, לעומת נוזלים אחרים, נוכחות של "טווח ארוך". זה מסביר נוכחות של מבנה גביש במים.

מאפייני מים כגון ערכים גדולים של קיבולת חום אידוי חום, הטמפרטורות היתוך גבוה באופן חריג, טמפרטורות רותחים, קבוע דיאלקטרי גבוה - בשל גושם של מולקולות מים עם אג"ח מימן. ללא N- קישורים T PL.V. \u003d -100 O C, T Kip. מים \u003d -80 O C.

אג"ח מימן נמצאים אמוניה נוזלית. אטום מימן הקשורים פחמן יכול לרכוש את היכולת ליצור קשר מימן אם הנותרים פחמן הוא רווי אטומים אלקטרוניגטיביים גבוהים או קבוצות אטומית מקבילים, למשל, כלורופורם (SNSL 3), i.e. השכונה של אטומים electronegative יכול להפעיל את היווצרות של איגרות חוב מימן אטומים CH-Group, אם כי ElectroneGability של אטומים C ו- H הוא כמעט אותו דבר. זה מסביר את התרחשות של N- קישורים בין מולקולות ב HCN נוזלי, CHF 3, וכו '

מימן קשר הוא מוזר לכל מצבים מצטברים של החומר. הוא נוצר בין אותו בין מולקולות שונות, בין חלקים שונים של אותה מולקולה - מימן מבושל. הנפוץ ביותר הוא N- חיבור בין מולקולות המכילות Hydroxyl קבוצות זה -.

EASH ethers עם מסה טוחנת גדולה יותר של תנודתי יותר מאשר אלכוהול, שכן כל אטומי מימן קשורים אטומי פחמן ולא מסוגלים להרכיב H- אג"ח.

התפקיד של H- אג"ח במערכות ביוכימיות הוא נהדר. נכסים של חלבונים וחומצות גרעין הם במידה רבה בשל נוכחות של אג"ח מימן. N-BOND משחק תפקיד גדול בתהליכי פירוק. מימן אג"ח במולקולות חלבון, חומצות גרעין ותרכובות חשובות מבחינה ביולוגית משותפות במיוחד, ולכן איגרות חוב אלה ממלאות תפקיד חשוב בתהליכי הכימיה של החיים.