Hydrogen Communications. - Ito ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang electronegative atoms ng isa o iba't ibang mga molecule Sa pamamagitan ng isang hydrogen atom: A-h ... sa (isang bono ng covalent ay ipinahiwatig, tatlong puntos - hydrogen bond).

Ang isa sa mga palatandaan ng bono ng hydrogen ay maaaring maging distansya sa pagitan ng hydrogen atom at ang iba pang atom, bumubuo ito. Dapat itong mas mababa kaysa sa kabuuan ng radii ng mga atomo na ito.

Nangyari ito, bilang isang panuntunan, sa pagitan ng fluorine, nitrogen at oxygen atoms (ang pinaka-electronegative elemento), mas madalas - sa paglahok ng murang luntian, sulfur atoms at iba pang mga di-riles. Ang malakas na hydrogen bond ay nabuo sa mga likidong sangkap tulad ng tubig, fluoride hydrogen, oxygen na naglalaman ng mga inorganic acids, carboxylic acids, phenols, alcohols, ammonia, amines. Kapag ang pagkikristal, ang mga bono ng hydrogen sa mga sangkap na ito ay karaniwang napanatili.

Addiction. pisikal na mga katangian Mga sangkap na may molekular na istraktura sa likas na katangian ng intermolecular na pakikipag-ugnayan. Ang epekto ng hydrogen bond sa mga katangian ng mga sangkap.

Intermolecular hydrogen bonds matukoy ang pagsasamahan ng mga molecule, na humahantong sa isang pagtaas sa kumukulo at temperatura temperatura. Halimbawa, ang ethyl alcohol c2h5oh, na may kakayahang samahan, ay bumabalik sa + 78.3 ° C, at ang dimethyl ether ng Ch3osn3, na hindi bumubuo ng mga bono ng hydrogen, lamang sa -24 ° C ( molecular formula Parehong sangkap c2h6o).

Ang pagbuo ng n-bonds na may mga solvent molecule ay nag-aambag sa pagpapabuti ng solubility. Kaya, methyl at ethyl alcohols (ch3oh, c2n5y), na bumubuo ng n-bonds na may mga molecule ng tubig, dissolved sa ito walang katiyakan.

Ang intramolecular hydrogen bond ay nabuo na may isang kanais-nais na spatial na lokasyon sa molecule ng mga kaukulang grupo ng mga atomo at partikular na nakakaapekto sa mga katangian. Halimbawa, ang n-bono sa loob ng salicylic acid molecules ay nagdaragdag ng kaasiman nito. Ang mga hydrogen bond ay naglalaro ng napakahalagang papel sa pagbuo ng spatial na istraktura ng biopolymers (protina, polysaccharides, nucleic acids), na higit sa lahat ay tumutukoy sa kanilang mga biological function.

Pwersa ng intermolecular interaction (van der waals strength). Orientational, induction at dispersion interaction.

Intermolecular Interaction.- Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga electrically neutral molecules o atoms.

To. van der Waals. Kasama sa mga pwersa ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga dipoles (permanent at sapilitan). Ang pangalan ay dahil sa ang katunayan na ang mga pwersang ito ay ang sanhi ng panloob na presyon ng presyon sa equation ng estado ng tunay na gas ng van der Waals. Ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay higit sa lahat ay tinutukoy ng mga pwersa na responsable para sa pagbuo ng spatial na istraktura ng biological macromolecules.

Orasyon: Polar molecules kung saan ang mga sentro ng gravity ng positibo at negatibong mga singil ay hindi nag-tutugma, halimbawa HCl, H2O, NH3, ay nakatuon sa isang paraan na nagtatapos sa tapat na mga singil ay malapit. May isang atraksyon sa pagitan nila. (Keesoma Energy) ay ipinahayag ng ratio:

E k \u003d -2 μ 1 μ 2 / 4π ε 0 r 3,

kung saan ang μ1 at μ2 ay dipole sandali ng pakikipag-ugnay dipoles, R ay ang distansya sa pagitan ng mga ito. Ang atraksyon dipole-dipole ay maaaring isagawa lamang kapag ang enerhiya ng pagkahumaling ay lumampas sa thermal enerhiya ng mga molecule; Ito ay karaniwang nagaganap sa solid at likidong sangkap. Ang pakikipag-ugnayan ng dipole-dipole ay ipinakita sa mga polar fluid (tubig, fluoride hydrogen).

Induction: Sa ilalim ng pagkilos ng mga sisingilin na dulo ng polar molecule, ang mga elektronikong ulap ng mga non-polar molecule ay inilipat patungo sa isang positibong singil at malayo mula sa negatibo. Ang non-polar molecule ay nagiging polar, at ang mga molecule ay nagsimulang makaakit ng isa't isa, mas mahina kaysa sa dalawang polar molecule.

(Debye Energy) ay tinutukoy ng expression:

E d \u003d -2 μ ma 2 γ / r 6,

kung saan ang μ kam ay ang sandali ng sapilitan dipole.

Ang atraksyon ng pare-pareho at sapilitan dipoles ay karaniwang masyadong mahina, dahil ang polarizability ng mga molecule ng karamihan sa mga sangkap ay maliit. Ito ay kumikilos lamang sa napakababang distansya sa pagitan ng mga dipoles. Ang ganitong uri ng pakikipag-ugnayan ay ipinakikita pangunahin sa mga solusyon ng mga polar compound sa mga di-polar solvents.

Pagpapakalat: Maaari ring maakit sa pagitan ng mga non-polar molecule. Ang mga electron na patuloy na gumagalaw ay maaaring maging nakatuon sa isang bahagi ng molekula, iyon ay, ang isang di-polar na butil ay magiging polar. Ito ay nagiging sanhi ng muling pamimigay ng mga singil sa kalapit na mga molecule, at mga panandaliang relasyon ay itinatag sa pagitan nila.

(London Energy) ay ibinigay ng kaugnayan:

E l \u003d -2 μ mgn 2 γ 2 / r 6,

kung saan ang μ MGN ay ang sandali ng isang instant dipole. London pwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga di-polar particle (atoms, molecules) ay napaka-short-range. Ang mga halaga ng enerhiya ng naturang atraksyon ay depende sa laki ng mga particle at ang bilang ng mga elektron sa sapilitan dipoles. Ang mga relasyon na ito ay mahina - ang pinakamahina sa lahat ng mga intermolecular na pakikipag-ugnayan. Gayunpaman, ang mga ito ang pinaka-maraming nalalaman, habang lumalabas sila sa pagitan ng anumang mga molecule.

Hydrogen Communications.(N-komunikasyon) ay isang espesyal na uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga grupo ng kakayahang reaksyon, habang ang isa sa mga grupo ay naglalaman ng isang hydrogen atom na madaling kapitan ng sakit sa gayong pakikipag-ugnayan. Ang hydrogen bond ay isang global phenomenon na sumasaklaw sa lahat ng kimika. Sa kaibahan sa mga conventional chemical bond, ang N-connection ay lilitaw hindi bilang isang resulta ng naka-target na synthesis, ngunit arises sa angkop na mga kondisyon mismo at manifests mismo sa anyo ng intermolecular o intramolecular pakikipag-ugnayan.

Mga tampok ng hydrogen bonds.

Ang isang natatanging katangian ng hydrogen bond ay medyo mababa ang lakas, ang enerhiya nito ay 5-10 beses na mas mababa kaysa sa enerhiya ng kemikal na bono. Sa pamamagitan ng enerhiya, ito ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga bono ng kemikal at mga pakikipag-ugnayan ng Van Der Waals, mga nagtataglay ng mga molecule sa isang solid o likidong yugto.

Sa pagbuo ng N-bono, ang electronegability ng mga atoms na kasangkot sa koneksyon ay gumaganap ng isang pagtukoy ng papel - ang kakayahan upang maantala ang mga electron ng kemikal na bono mula sa isang kasosyo ng atom na sumasali sa pagsasaalang-alang na ito. Bilang resulta, ang isang bahagyang negatibong singil ay nangyayari sa atom at may mas mataas na electronegitility, at positibo ang positibong D + atom-parte. chemical Communications. Sa parehong oras polarizes: at d- -d D +.

Ang nagreresultang bahagyang positibong singil sa hydrogen atom ay nagbibigay-daan ito upang maakit ang isa pang molekula, na naglalaman din ng elemento ng elektronismo, kaya, ang mga electrostatic na pakikipag-ugnayan ay ginawa sa pagbuo ng n-komunikasyon.

Tatlong atoms ay kasangkot sa pagbuo ng N-Bonds, dalawang electronegative (A at B) at ang hydrogen atom sa pagitan ng mga ito, ang istraktura ng naturang relasyon ay maaaring iharap bilang mga sumusunod: B ··· HD + -a d- (hydrogen Ang mga bono ay karaniwang tinutukoy ng isang linya ng punto). Atom A, chemically na nauugnay sa N, ay tinatawag na Proton Donor (Lat. Donare - bigyan, naghahain), at B - ang pagtanggap nito (Lat. Acceptor - Acceport). Kadalasan, ang tunay na "donasyon" ay hindi, at ang H ay nananatiling chemically na nauugnay sa A.

Atoms - Donors A, supplying H para sa pagbuo ng N-link, hindi marami, halos tatlong lamang: N, O at F, sa parehong oras ang isang hanay ng mga Atoms ng Acceptor B. ay napakalawak.

Ang konsepto at terminong "hydrogen communication" ay nagpasimula ng v.lothimer at R. Uerbush noong 1920, upang ipaliwanag mataas na temperatura. Pagsakop ng tubig, alkohol, likido HF at ilang iba pang mga koneksyon. Paghahambing ng kumukulo na punto ng mga kaugnay na compounds H 2 O, H 2 S, H 2 se, at H 2 T, napansin nila na ang unang miyembro ng serye na ito - tubig - ay mas mataas kaysa sa sinundan nito mula sa mga pattern na ang natitira ay nabuo Mga miyembro ng isang serye. Mula sa pattern na ito, ang tubig ay dapat na pinakuluang sa 200 ° C mas mababa kaysa sa naobserbahang tunay na halaga.

Eksaktong ang parehong paglihis ay sinusunod para sa ammonia sa isang hilera ng mga kaugnay na compounds: nn 3, H 3 p, h 3 bilang, h 3 sb. Ang tunay na simula ng simula (-33 ° C) ay 80 ° C sa itaas ng inaasahang halaga.

Kapag ang likido ay kumukulo, tanging ang pakikipag-ugnayan ng van der waals, ang mga nagtataglay ng mga molecule sa likidong yugto ay nawasak. Kung ang simula ng pagkulo ay hindi inaasahan, samakatuwid, samakatuwid, ang mga molecule ay nauugnay sa iba pang mga pwersa. Sa kasong ito, ito ay hydrogen bonds.

Katulad nito, ang nadagdagang simula ng pagluluto ng alkohol (kumpara sa mga compound na hindi naglalaman ng grupo-isa) ay ang resulta ng pagbuo ng mga hydrogen bond.

Sa kasalukuyan, isang maaasahang paraan upang makita ang mga komunikasyon ng n ay nagbibigay ng mga pamamaraan ng parang multo (kadalasang infrared spectroscopy). Ang mga katangian ng parang multo ng mga pangkat na may kaugnayan sa tao na nauugnay sa mga bono ng hydrogen ay kapansin-pansin na naiiba mula sa mga kaso na ang koneksyon na ito ay wala. Bilang karagdagan, kung ang mga pag-aaral sa istruktura ay nagpapakita na ang distansya sa pagitan ng mga atom ng B-N ay mas mababa kaysa sa halaga ng radius ng Van der Waals, pinaniniwalaan na ang pagkakaroon ng N-Connection ay itinatag.

Karagdagan sa nadagdagan ang temperatura Lumilitaw din ang mga bono ng Boiling Hydrogen sa pagbuo ng isang mala-kristal na istraktura ng isang sangkap, ang pagtaas ng punto ng pagkatunaw nito. Sa kristal na istraktura ng yelo, ang mga n-bono ay bumubuo ng isang bulk mesh, habang ang mga molecule ng tubig ay nakaayos upang ang mga atom ng hydrogen ng isang molekula ay nakadirekta sa mga atomo ng oxygen ng mga katabing molecule:

Boric acid B (oh) 3 ay may layered mala-kristal na istraktura, ang bawat molekula ay nakatali sa pamamagitan ng hydrogen bonds na may tatlong iba pang mga molecule. Ang packaging ng mga molecule sa layer ay bumubuo ng parquet pattern na nakolekta mula sa hexagons:

Karamihan sa mga organic na sangkap ay hindi natutunaw sa tubig, kapag ang naturang patakaran ay nasira, pagkatapos, kadalasan, ito ang resulta ng interbensyon ng mga bono ng hydrogen.

Ang oxygen at nitrogen ay ang pangunahing donor ng mga proton, kinukuha nila ang pag-andar ng atom A sa dating itinuturing na triade b ··· h + -a d-. Sila, kadalasan, kumilos bilang mga tumatanggap (atom b). Dahil dito, ang ilang mga organic na sangkap na naglalaman ng o at n sa papel na ginagampanan ng isang atom B ay maaaring dissolved sa tubig (ang papel na ginagampanan ng isang atom ay gumaganap ng tubig oxygen). Ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng organikong bagay at tulong ng tubig na "alisin ang mga molecule ng organikong bagay, na isinasalin ito sa isang may tubig na solusyon.

May isang empirical na panuntunan: Kung organic. Naglalaman ng hindi hihigit sa tatlong atom ng carbon sa pamamagitan ng isang oxygen atom, madaling dissolved sa tubig:

Ang Benzol ay napakaliit na natutunaw sa tubig, ngunit kung palitan mo ang isang pangkat ng CH sa N, nakakuha kami ng Pyridine C 5 H 5 N, na pinaghalo ng tubig sa anumang relasyon.

Ang mga hydrogen bond ay maaaring magpakita ng kanilang sarili sa mga di-may tubig na solusyon kapag ang isang bahagyang positibong singil ay nangyayari sa hydrogen, at mayroong isang molekula na naglalaman ng isang "magandang" acceptor, bilang isang tuntunin ng oxygen. Halimbawa, ang HCCL 3 chloroform ay nagpapahina sa mataba acids, at acetylene HCєCH natutunaw sa acetone:

Ang katotohanang ito ay natagpuan ang isang mahalagang teknikal na application, acetylene sa ilalim ng presyon ay napaka-sensitibo sa madaling concussions at madaling explodes, at ang solusyon nito sa acetone sa ilalim ng presyon ay ligtas sa sirkulasyon.

Ang mga bono ng hydrogen sa polymers at biopolymers ay may mahalagang papel. Sa selulusa, ang pangunahing bahagi ng kahoy - hydroxyl group ay matatagpuan sa anyo ng lateral groups ng polimer chain na nakolekta mula sa cyclic fragments. Sa kabila ng medyo mahina enerhiya ng bawat indibidwal na n-bono, ang kanilang pakikipag-ugnayan sa buong polimer molekula ay humahantong sa isang malakas na intermolecular na pakikipag-ugnayan na ang paglusaw ng selulusa ay nagiging posible lamang kapag gumagamit ng isang kakaibang high-polar solvent - ang reagent ng Swisser (ammonia complex ng tansong hydroxide).

Hydrogen Communication (N-Communication)- Ito ay isang bono na nabuo sa pamamagitan ng protonated hydrogen atom na may isang malakas na elektron atom ng pareho o iba pang molekula. Sa ilalim ng normal na kondisyon, ang hydrogen valence ay katumbas ng 1, at ito ay magagawang pangkalahatan sa iba pang mga atoms isang elektron pares, na bumubuo ng isang covalent bond: isang hydrogen atom ay maaaring maglakip ng isang elektron, na bumubuo ng hydride ion h +.

Ang hydrogen atom ay may isang tampok na nakikilala ito mula sa lahat ng iba pang mga atoms: pagbibigay ng elektron nito, nananatili ito sa anyo ng isang core na walang mga electron, i.e. Sa anyo ng isang maliit na butil, isang lapad, na libu-libong beses na mas mababa kaysa sa diameter ng natitirang mga atomo. Sa kawalan ng mga elektron, ang Ion H + ay hindi repelled sa pamamagitan ng electronic shell ng iba pang mga atoms o ions, ngunit, sa kabaligtaran, umaakit; Maaari itong malapit na lumapit sa iba pang mga atomo, makipag-ugnay sa kanilang mga electron at kahit na i-embed sa kanilang mga electronic shell. Sa mga likido, karamihan ay hindi napanatili sa anyo ng isang malayang butil, at magbigkis sa mga molecule ng dalawang sangkap: sa tubig na may mga molecule ng tubig, na bumubuo ng ion h 3 o + -ion hydroxonium; Na may ammonia molecule - nh 4 + -eone ammonium.

Ang pagiging nauugnay sa atom ng isa sa mga pinaka-electronegative elemento: na may isang fluorine atom, oxygen, kloro at nitrogen, isang hydrogen atom nakakakuha ng isang medyo mataas na positibong singil na hindi lalampas sa isa. Dahil ang singil na ito ay puro sa isang napakaliit na atomic cooker, napakalapit ito sa isa pang atom na nagdadala ng negatibong singil. Ito ay nagiging sanhi ng pagbuo ng isang malakas na dipole-dipole koneksyon sa enerhiya ng 20-30 KJ / Mol at higit pa. Ang hydrogen bond ay nangyayari bilang isang resulta ng interdapole pakikipag-ugnayan ng dalawang malakas na polar bonds na kabilang sa iba't ibang mga molecule o isa at parehong molekula. Ito ay weaker kaysa sa ordinaryong. covalent Communication.Ang enerhiya na kung saan ay humigit-kumulang 125-420 KJ / Mol at maaaring mapahusay dahil sa mutual polariseysyon ng mga bono dahil sa mga tampok na ito ng hydrogen atom. Ang hydrogen bond (n-communication) ay tinutukoy ng x-n × × × x.

Ang isang hydrogen atom na kasangkot sa hydrogen bond ay maaaring matagpuan sa gitna sa pagitan ng dalawang malakas na negatibong atoms - isang simetriko na lokasyon o paglilipat ng mas malapit sa na, na may mas malaking electronegativity - walang simetrya na lokasyon.

Ang enerhiya ng hydrogen bond ay sapat na kaya na may maginoo at nabawasan na temperatura, maging sanhi ng isang kapansin-pansin na paghihiwalay ng mga molecule. Ang fluoride hydrogen kahit na malapit sa simula ng simula ay may average na komposisyon (HF) 4. Ang asosasyon ay humahantong sa abnormally mataas na temperatura ng pagtunaw at kumukulo fluoride hydrogen. Ang pagkakaroon ng dimer H 2 F 2 ay nagpapaliwanag ng pagbuo ng acid salts ng uri KHF 2 × Nahf 2. Ang katotohanan na ang hydrofluoric acid ay hindi katulad ng chloride hydrochloric, bromide hydrochloric at orodoyhedral, kumakatawan mahina acid (K D \u003d 7 × 10 -4) ay isang resulta din ng Association of HF molecules dahil sa hydrogen bonds.

Sa pagkakaroon ng isang walang simetrya bono hydrogen, na nangyayari sa oxygen at nitrogen compounds, hydrogen ay bahagyang mas malapit sa isa sa dalawang katabing atoms, dito intermolecular N-Communication.. Ang bawat H 2 o molekula ay kasangkot sa pagbuo ng dalawang N-bono, upang ang isang oxygen atom ay lumalabas na nauugnay sa apat na atom ng hydrogen. Ang kaugnay na mga molecule ng tubig ay bumubuo ng isang spatial na istraktura ng openwork, kung saan ang bawat oxygen atom ay matatagpuan sa gitna ng tetrahedron, at ang mga atom ng hydrogen ay matatagpuan sa mga sulok.

Openwork spatial water structure.

Ang istraktura ng yelo ng openwork ay nagpapaliwanag ng mas maliit na density nito kaysa sa tubig. Kapag natutunaw, ang bahagi ng N-link ay napunit at ang density ng pagtaas ng tubig, dahil Ang mga molecule ay nag-aayos ng mas masikip. Ang eksaminasyon ng X-ray ay nagpakita na para sa karamihan ng mga molecule sa likidong tubig, ang isang tetrahedral na kapaligiran ay patuloy din: ang lokasyon ng kalapit na mga molecule ay halos katulad ng kristal ng yelo, at ang kasunod na layer ay paulit-ulit

ilang paglihis mula sa tinukoy na kaayusan; Ang paglihis ay nagdaragdag habang ang molekula ay aalisin. Para sa tubig, ang pagkakaroon ng "malapit-order" ay nailalarawan para sa iba pang mga likido, at sa isang mas maliit na lawak, kumpara sa iba pang mga likido, ang pagkakaroon ng isang "pangmatagalan". Ipinaliliwanag nito ang pagkakaroon ng isang kristal na istraktura sa tubig.

Mga katangian ng tubig tulad ng malalaking halaga ng kapasidad ng init at pagsingaw ng init, abnormally mataas na natutunaw at mga temperatura na kumukulo, mataas na dielectric constant - dahil sa hangganan ng mga molecule ng tubig na may hydrogen bond. Walang n-links t pl.v. \u003d -100 o c, t kip. Tubig \u003d -80 O C.

Ang mga bono ng hydrogen ay nasa likidong amonya. Ang hydrogen atom na nauugnay sa carbon ay maaaring makakuha ng kakayahan upang bumuo ng isang hydrogen bond kung ang natitirang carbon valence ay puspos ng mataas na electronegative atoms o kaukulang mga atomic group, halimbawa, chloroform (SNSL 3), pentachloroethane (CCL 3 -Chcl 2), i.e. Ang kapitbahayan ng electronegative atoms ay maaaring i-activate ang pagbuo ng mga bono ng hydrogen sa mga atom ng ch-group, bagaman ang electronegability ng atoms c at h ay halos pareho. Ipinaliliwanag nito ang paglitaw ng N-link sa pagitan ng mga molecule sa likidong HCN, CHF 3, atbp.

Ang hydrogen bond ay kakaiba sa anumang pinagsama-samang mga estado ng sangkap. Ito ay nabuo sa pagitan ng parehong at sa pagitan ng iba't ibang mga molecule, sa pagitan ng iba't ibang bahagi ng parehong molekula - intramolecular hydrogen bond. Ang pinaka-karaniwan ay ang n-koneksyon sa pagitan ng mga molecule na naglalaman ng mga hydroxyl na grupo nito -.

Madaling ethers na may mas malawak na molar mass ng mas pabagu-bago kaysa sa alkohol, dahil ang lahat ng mga atoms ng hydrogen ay nauugnay sa carbon atoms at hindi kaya ng pagbubuo ng H-bono.

Ang papel na ginagampanan ng mga h-bono sa biochemical system ay mahusay. Ang mga katangian ng mga protina at nucleic acids ay higit sa lahat dahil sa pagkakaroon ng hydrogen bonds. Ang n-bono ay may malaking papel sa mga proseso ng paglusaw. Ang mga bono ng hydrogen sa mga molecule ng protina, nucleic acids at iba pang mga biologically mahalagang compound ay karaniwang karaniwan, kaya ang mga bono ay may mahalagang papel sa mga proseso ng kimika ng buhay.