Mawasiliano ya hidrojeni. - Hii ni mwingiliano kati ya atomi mbili za electronegative za moja au molekuli tofauti Kwa njia ya atomi ya hidrojeni: a-h ... katika (dhamana ya covalent inaonyeshwa, pointi tatu - dhamana ya hidrojeni).

Moja ya ishara za dhamana ya hidrojeni inaweza kuwa umbali kati ya atomi ya hidrojeni na atomi nyingine, inaunda. Inapaswa kuwa chini ya jumla ya radii ya atomi hizi.

Wao hutokea, kama sheria, kati ya fluorine, atomi za nitrojeni na oksijeni (vipengele vingi vya electrone), mara nyingi - pamoja na ushiriki wa klorini, atomi za sulfuri na nyingine zisizo za metali. Vifungo vidogo vya hidrojeni vinatengenezwa katika vitu kama vile maji, hidrojeni ya fluoride, asidi ya oksijeni ya oksijeni, asidi ya carboxylic, phenols, pombe, amonia, amini. Wakati crystallization, vifungo vya hidrojeni katika vitu hivi kawaida huhifadhiwa.

Madawa mali ya kimwili Dutu na muundo wa molekuli juu ya asili ya mwingiliano wa intermolecular. Athari ya dhamana ya hidrojeni juu ya mali ya vitu.

Vifungo vya hidrojeni ya intermolecular huamua chama cha molekuli, ambacho kinasababisha ongezeko la joto la kuchemsha na kuyeyuka. Kwa mfano, pombe ya ethyl C2H5OH, yenye uwezo wa chama, majiko katika + 78.3 ° C, na ethether ya dimethyl ya CH3OSN3, ambayo haifai vifungo vya hidrojeni, tu katika -24 ° C ( formula ya molekuli. Vitu vyote C2H6O).

Uundaji wa n-vifungo na molekuli ya kutengenezea huchangia uboreshaji wa umumunyifu. Hivyo, alphols ya methyl na ethyl (CH3OH, C2N5Y), kutengeneza n-vifungo na molekuli ya maji, kufutwa ndani yake kwa muda usiojulikana.

Dhamana ya hidrojeni ya intramolecular huundwa na eneo la anga linalofaa katika molekuli ya vikundi vinavyolingana na atomi na huathiri hasa mali. Kwa mfano, N-Bond ndani ya molekuli ya salicylic asidi huongeza asidi yake. Vifungo vya hidrojeni vina jukumu muhimu sana katika malezi ya muundo wa nafasi ya biopolymers (protini, polysaccharides, asidi ya nucleic), ambayo kwa kiasi kikubwa huamua kazi zao za kibiolojia.

Majeshi ya mwingiliano wa intermolecular (nguvu ya van der waals). Orientational, induction na ushirikiano mwingiliano.

Mwingiliano wa intermolecular.- Kuingiliana kati ya molekuli ya umeme ya neutral au atomi.

Kwa van der Waals. Majeshi ni pamoja na ushirikiano kati ya dipiles (kudumu na induced). Jina linatokana na ukweli kwamba majeshi haya ni sababu ya marekebisho ya ndani ya shinikizo katika usawa wa hali ya gesi halisi ya van der Waals. Ushirikiano huu ni wameamua hasa na nguvu zinazohusika na malezi ya muundo wa anga wa macromolecules ya kibiolojia.

Mwelekeo: Molekuli ya polar ambayo vituo vya mvuto wa mashtaka vyema na hasi hazipatikani, kwa mfano HCl, H2O, NH3, inalenga kwa namna ambayo inakaribia na mashtaka tofauti ni karibu. Kuna kivutio kati yao. (Keesoma Nishati) inaonyeshwa na uwiano:

E k \u003d -2 μ 1 μ 2 / 4π ε 0 r 3,

ambapo μ1 na μ2 ni wakati wa dipole wa dipoles ya kuingiliana, r ni umbali kati yao. Kivutio cha Dipole-Dipole kinaweza kufanyika tu wakati nishati ya mvuto huzidi nishati ya mafuta ya molekuli; Hii kawaida hufanyika katika dutu imara na kioevu. Uingiliano wa dipole-dipole unaonyeshwa katika maji ya polar (maji, hidrojeni ya fluoride).

Induction.: Chini ya hatua ya mwisho wa molekuli ya polar, mawingu ya umeme ya molekuli yasiyo ya polar yanabadilishwa kwa malipo mazuri na mbali na hasi. Molekuli isiyo ya polar inakuwa polar, na molekuli huanza kuvutia, tu dhaifu zaidi kuliko molekuli mbili za polar.

(Debye Nishati) imedhamiriwa na maneno:

E d \u003d -2 μ ma 2 γ / r 6,

ambapo μ Kin ni wakati wa dipole induced.

Kivutio cha disipo ya mara kwa mara na ya kawaida ni dhaifu sana, kwa kuwa polarizability ya molekuli ya vitu vingi ni ndogo. Inachukua tu kwa umbali mdogo sana kati ya dipoles. Aina hii ya mwingiliano inaonyeshwa hasa katika ufumbuzi wa misombo ya polar katika solvents zisizo polar.

Utawanyiko: Kunaweza pia kuvutia kati ya molekuli zisizo za polar. Elektroni ambazo ziko katika mwendo wa mara kwa mara zinaweza kugeuka kwa upande mmoja wa molekuli, yaani, chembe isiyo ya polar itakuwa polar. Hii husababisha ugawaji wa mashtaka katika molekuli jirani, na mahusiano ya muda mfupi yanaanzishwa kati yao.

(Nishati ya London) hutolewa na uhusiano:

E L \u003d -2 μ mgn 2 γ 2 / r 6,

ambapo μg ni wakati wa dipole papo hapo. Majeshi ya London ya kivutio kati ya chembe zisizo za polar (atomi, molekuli) ni mfupi sana. Maadili ya nishati ya kivutio vile hutegemea ukubwa wa chembe na idadi ya elektroni katika dipoles iliyosababishwa. Mahusiano haya ni dhaifu sana - dhaifu zaidi ya mwingiliano wote wa intermolecular. Hata hivyo, wao ni mchanganyiko zaidi, kwa kuwa wanatoka kati ya molekuli yoyote.

Mawasiliano ya hidrojeni.(N-Mawasiliano) ni aina maalum ya mwingiliano kati ya makundi ya mmenyuko, wakati moja ya vikundi ina atomi ya hidrojeni inakabiliwa na mwingiliano huo. Bond ya hidrojeni ni jambo la kimataifa linalofunika kemia zote. Tofauti na vifungo vya kawaida vya kemikali, N-Connection haionekani kama matokeo ya awali, lakini hutokea katika hali zinazofaa yenyewe na hujionyesha kwa njia ya mwingiliano wa intermolecular au intramolecular.

Makala ya vifungo vya hidrojeni.

Kipengele tofauti cha dhamana ya hidrojeni ni nguvu ya chini, nishati yake ni chini ya 5-10 kuliko nishati ya dhamana ya kemikali. Kwa nishati, inachukua nafasi ya kati kati ya vifungo vya kemikali na ushirikiano wa van der Waals, wale ambao wanashikilia molekuli katika awamu imara au kioevu.

Katika malezi ya N-Bond, electronegability ya atomi zinazohusika katika uunganisho ni ina jukumu la kufafanua - uwezo wa kuchelewesha elektroni ya dhamana ya kemikali kutoka kwa mpenzi wa atomi kushiriki katika suala hili. Matokeo yake, malipo mabaya ya sehemu ya D- hutokea kwa atomi na kwa kuongezeka kwa umeme, na mpenzi mzuri wa D + Atom ni chanya. mawasiliano ya kemikali. Wakati huo huo Polarizes: na D-D D +.

Malipo ya chanya ya chanya kwenye atomi ya hidrojeni inaruhusu kuvutia molekuli nyingine, pia ina kipengele cha umeme, kwa hiyo, ushirikiano wa umeme hufanywa katika malezi ya N-Mawasiliano.

Atomi tatu zinahusika katika malezi ya N-Bonds, electrone mbili (A na B) na atomi ya hidrojeni kati yao, muundo wa uhusiano huo unaweza kuwasilishwa kama ifuatavyo: B ···· * HD + -A d- (hidrojeni Vifungo kawaida vinaashiria kwa mstari wa uhakika). Atom A, kemikali inayohusishwa na n, inaitwa wafadhili wa proton (lat. Donare - kutoa, kutoa dhabihu), na b - kukubali kwake (Lat. Kukubali - kukubalika). Mara nyingi, "mchango wa kweli" sio, na H bado huhusishwa na kemikali na A.

Atomi - wafadhili A, kusambaza H kwa ajili ya malezi ya n-viungo, si wengi, karibu tatu tu: n, o na f, wakati huo huo seti ya atomi ya kukubali B ni pana sana.

Dhana na neno "mawasiliano ya hidrojeni" ilianzisha V.Lothimer na R. Uerbush mwaka wa 1920, ili kuelezea joto la juu Maji ya kuchemsha, pombe, HF ya kioevu na uhusiano mwingine. Kulinganisha hatua ya kuchemsha ya misombo kuhusiana na H 2 O, H 2 S, H 2 SE, na H 2, Waliona kuwa mwanachama wa kwanza wa mfululizo huu - maji ya maji ya juu sana kuliko ikifuatiwa na mifumo ambayo wengine waliumbwa Wanachama wa mfululizo. Kutoka kwa mfano huu, maji yanapaswa kuchemshwa hadi 200 ° C chini kuliko thamani ya kweli ya kuzingatiwa.

Hasa kupotoka sawa kunazingatiwa kwa amonia katika mstari wa misombo inayohusiana: NN 3, h 3 p, h 3 kama, h 3 sb. Kiwango chake cha kuchemsha (-33 ° C) ni 80 ° C juu ya thamani inayotarajiwa.

Wakati kioevu ni kuchemsha, tu van der Waals mwingiliano, wale ambao wanashikilia molekuli katika awamu ya kioevu huharibiwa. Ikiwa kiwango cha kuchemsha ni cha juu bila kutarajia, basi, kwa hiyo, molekuli zinahusishwa zaidi ya majeshi mengine. Katika kesi hiyo, hii ni vifungo vya hidrojeni.

Vile vile, kuongezeka kwa kiwango cha kuchemsha cha pombe (kwa kulinganisha na misombo ambayo hauna kundi -One) ni matokeo ya malengo ya vifungo vya hidrojeni.

Hivi sasa, njia ya kuaminika ya kuchunguza n mawasiliano hutoa mbinu za spectral (mara nyingi spectroscopy infrared). Tabia za spectral za vikundi vinavyohusiana na binadamu zinazohusiana na vifungo vya hidrojeni vinatofautiana tofauti na matukio hayo wakati uhusiano huu haupo. Aidha, ikiwa masomo ya miundo yanaonyesha kwamba umbali kati ya atomi B-n ni chini ya kiasi cha van der Waals radius, inaaminika kuwa uwepo wa N-Connection imeanzishwa.

Kwa kuongeza kuongezeka kwa joto. Vifungo vya hidrojeni vya kuchemsha pia vinaonekana katika malezi ya muundo wa fuwele wa dutu, kuongeza kiwango chake cha kiwango. Katika muundo wa kioo wa barafu, N-Bonds huunda mesh wingi, wakati molekuli ya maji hupangwa ili atomi za hidrojeni za molekuli moja zinaelekezwa kwa atomi za oksijeni za molekuli zilizo karibu:

Asidi ya Boric B (OH) 3 ina muundo wa fuwele la layered, kila molekuli imefungwa na vifungo vya hidrojeni na molekuli nyingine tatu. Ufungaji wa molekuli katika safu huunda muundo wa parquet zilizokusanywa kutoka hexagoni:

Dutu nyingi za kikaboni hazipatikani katika maji, wakati sheria hiyo imevunjika, basi, mara nyingi, hii ni matokeo ya kuingilia kati ya vifungo vya hidrojeni.

Oxygen na nitrojeni ni wafadhili wakuu wa protoni, wanachukua kazi ya atomi A katika triade ya awali iliyozingatiwa B ··· h d + -a d-. Wao, mara nyingi, hufanya kama wakubali (atomi b). Kutokana na hili, vitu vingine vya kikaboni vyenye O na N katika nafasi ya atomi b inaweza kufutwa katika maji (jukumu la atomi A anafanya oksijeni ya maji). Vifungo vya hidrojeni kati ya suala la kikaboni na maji kusaidia "kuondoa" molekuli ya mambo ya kikaboni, kuifanya kuwa suluhisho la maji.

Kuna utawala wa kimapenzi: kama kikaboni Ina zaidi ya atomi tatu za kaboni na atomi moja ya oksijeni, ni kwa urahisi kufutwa katika maji:

Benzol ni kidogo sana mumunyifu katika maji, lakini kama wewe kuchukua nafasi ya kundi moja ya Ch juu ya n, sisi kupata pyridine c 5 h 5 n, ambayo ni mchanganyiko na maji katika mahusiano yoyote.

Vifungo vya hidrojeni vinaweza kujionyesha katika ufumbuzi usio na maji wakati malipo ya chanya ya sehemu hutokea kwenye hidrojeni, na kuna molekuli yenye kukubalika "nzuri", kama oksijeni ya sheria. Kwa mfano, HCCL 3 chloroform hupunguza asidi ya mafuta, na acetylene hcєch mumunyifu katika acetone:

Ukweli huu ulipatikana maombi muhimu ya kiufundi, acetylene chini ya shinikizo ni nyeti sana kwa concussions rahisi na kwa urahisi hupuka, na suluhisho lake katika acetone chini ya shinikizo ni salama katika mzunguko.

Vifungo vya hidrojeni katika polima na biopolymers wana jukumu muhimu. Katika cellulose, sehemu kuu ya mbao - vikundi vya hydroxyl iko katika mfumo wa vikundi vya mviringo vya mnyororo wa polymer zilizokusanywa kutoka vipande vya cyclic. Licha ya nishati dhaifu ya kila mmoja N-Bond, mwingiliano wao katika molekuli ya polymer husababisha mwingiliano mkubwa wa intermolecular kwamba kufutwa kwa selulosi inawezekana tu wakati wa kutumia solvent ya juu ya polar - reagent ya Swisser (amonia tata ya hidroksidi ya shaba).

Mawasiliano ya Hydrojeni (N-Mawasiliano)- Hii ni dhamana iliyoundwa na atomi ya hidrojeni ya protonated na atomi kali ya molekuli sawa au nyingine. Chini ya hali ya kawaida, valence ya hidrojeni ni sawa na 1, na ina uwezo wa kuzalisha na atomi nyingine jozi moja ya elektroni, na kutengeneza dhamana ya msingi: atomi ya hidrojeni inaweza kushikamana na elektroni, na kuunda ion h +.

Atomi ya hidrojeni ina kipengele kinachofautisha kutoka kwa atomi nyingine zote: kuacha elektroni yake, inabakia kwa namna ya msingi bila elektroni, i.e. Kwa namna ya chembe, kipenyo, ambacho ni maelfu ya mara chini ya kipenyo cha atomi zilizobaki. Kwa kutokuwepo kwa elektroni, ion h + haipatikani na shells za umeme za atomi nyingine au ions, lakini, kinyume chake, huvutia; Inaweza kukabiliana na atomi nyingine, kuingiliana na elektroni zao na hata kuingizwa kwenye shell zao za elektroniki. Katika H + -Yons vinywaji, haipatikani kwa namna ya chembe ya kujitegemea, na kumfunga kwa molekuli ya vitu viwili: katika maji na molekuli ya maji, kutengeneza ion h 3 o + -ion hydroxonium; Kwa molekuli ya amonia - NH 4 + -Yone Ammoniamu.

Kuhusishwa na atomi ya moja ya vipengele vya electronegative zaidi: na atomi ya fluorine, oksijeni, klorini na nitrojeni, atomi ya hidrojeni hupata malipo ya juu ambayo hayazidi moja. Kwa kuwa malipo haya yanajilimbikizia kwenye mpishi mdogo sana wa atomiki, ni karibu sana na atomi nyingine inayobeba malipo mabaya. Hii inasababisha uundaji wa uhusiano mkubwa wa dipole-dipole na nishati ya 20-30 kJ / mol na zaidi. Bonde la hidrojeni hutokea kama matokeo ya uingiliano wa interdapole wa vifungo viwili vya polar vilivyo na molekuli mbalimbali au molekuli moja na moja. Ni dhaifu kuliko kawaida mawasiliano ya Covalent.Nishati ambayo ni takriban 125-420 KJ / mol na inaweza kuimarishwa kutokana na polarization ya pamoja ya vifungo kutokana na vipengele hivi vya atomi ya hidrojeni. Bond Hydrogen (N-Mawasiliano) inaashiria na X-N × × x.

Atomi ya hidrojeni inayohusika katika dhamana ya hidrojeni inaweza kupatikana kwa usahihi katikati ya atomi mbili mbaya - eneo la usawa au kuhama karibu na hilo, ambalo lina electronegativity kubwa - eneo la kutosha.

Nishati ya dhamana ya hidrojeni ni ya kutosha ili kuwa na joto la kawaida na kupunguzwa, husababisha kusafishwa kwa molekuli. Hydrojeni ya fluoride hata karibu na kiwango cha kuchemsha ina muundo wa wastani (HF) 4. Shirika linaongoza kwa joto la kawaida la kuyeyuka na kuchemsha hidrojeni ya fluoride. Kuwepo kwa dimer h 2 f 2 anaelezea malezi ya chumvi ya asidi ya aina kHF 2 × NAHF 2. Ukweli kwamba asidi ya hydrofluoric ni tofauti na hidrokloric ya kloridi, bromidi hydrochloric na orodoyhedral, inawakilisha asidi dhaifu. (K D \u003d 7 × 10 -4) pia ni matokeo ya chama cha molekuli za HF kutokana na vifungo vya hidrojeni.

Katika uwepo wa dhamana ya hidrojeni ya asymmetric, ambayo hutokea katika oksijeni na misombo ya nitrojeni, hidrojeni ni karibu na moja ya atomi mbili zilizo karibu, hapa intermolecular N-Mawasiliano.. Kila h 2 o molekuli inahusika katika malezi ya n-vifungo mbili, ili atomi ya oksijeni iweze kuhusishwa na atomi nne za hidrojeni. Molekuli za maji zinazohusishwa hufanya muundo wa nafasi ya wazi, ambapo kila atomi ya oksijeni iko katikati ya tetrahedron, na atomi za hidrojeni ziko kwenye pembe.

Mfumo wa maji ya wazi ya wazi

Muundo wa barafu la wazi huelezea wiani wake mdogo kuliko maji. Wakati wa kuyeyuka, sehemu ya N-Links imevunjwa na wiani wa ongezeko la maji, kwa sababu Molekuli zinapanga nguvu zaidi. Uchunguzi wa X-ray ulionyesha kuwa kwa wengi wa molekuli katika maji ya kioevu, mazingira ya tetrahedral pia yameendelea: eneo la molekuli jirani ni sawa na katika kioo cha barafu, na safu inayofuata inarudiwa

baadhi ya kupotoka kutoka kwa utaratibu maalum; Kupotoka huongezeka kama molekuli imeondolewa. Kwa maji, uwepo wa "karibu-amri" una sifa kama kwa vinywaji vingine, na kwa kiwango kidogo, ikilinganishwa na vinywaji vingine, uwepo wa "muda mrefu". Hii inaelezea uwepo wa muundo wa kioo katika maji.

Mali ya maji kama vile maadili makubwa ya uwezo wa joto na uvukizi wa joto, joto la kawaida na joto la kuchemsha, mara kwa mara ya dielectric - kutokana na mipaka ya molekuli ya maji na vifungo vya hidrojeni. Bila n-Links t pl.v. \u003d -100 o c, t kip. Maji \u003d -80 o C.

Vifungo vya hidrojeni vinakuwepo katika amonia ya kioevu. Atom ya hidrojeni inayohusishwa na kaboni inaweza kupata uwezo wa kuunda dhamana ya hidrojeni ikiwa valence ya kaboni iliyobaki imejaa na atomi za juu za umeme au makundi ya atomiki, kwa mfano, chloroform (Snsl 3 -chcl 2), i.e. Jirani ya atomi za electronegative inaweza kuamsha malezi ya vifungo vya hidrojeni kwenye atomi za kikundi, ingawa electronegability ya atomi C na H ni karibu sawa. Hii inaelezea tukio la N-Links kati ya molekuli katika kioevu HCN, CHF 3, nk.

Dhamana ya hidrojeni ni ya pekee kwa majimbo yoyote ya jumla ya dutu. Inaundwa kati ya sawa na kati ya molekuli tofauti, kati ya sehemu tofauti za molekuli sawa - dhamana ya hidrojeni ya intramolecular.. Kawaida ni N-Connection kati ya molekuli zenye vikundi vya hydroxyl -.

Ethers rahisi na molekuli kubwa ya molar ya tete zaidi kuliko pombe, kwa kuwa atomi zote za hidrojeni zinahusishwa na atomi za kaboni na haziwezi kutengeneza H-Bonds.

Jukumu la H-Bonds katika mifumo ya biochemical ni nzuri. Mali ya protini na asidi ya nucleic kwa kiasi kikubwa kutokana na kuwepo kwa vifungo vya hidrojeni. N-dhamana ina jukumu kubwa katika michakato ya kupunguzwa. Vifungo vya hidrojeni katika molekuli ya protini, asidi ya nucleic na misombo mingine muhimu ya biologically ni ya kawaida sana, hivyo vifungo hivi vina jukumu muhimu katika kemia ya michakato ya maisha.