Що таке воднева зв'язок? Типи, вплив

Що таке воднева зв`язок? Відомий всім приклад цьому зв`язку становить звичайна вода (H2O). Через те, що атом кисню (О) більш електроотріцателен, ніж два атоми водню (Н), він як би відтягує від атомів водню зв`язують електрони. В результаті створення такої ковалентного полярного зв`язку утворюється диполь. Кисневий атом набуває не дуже великий заряд негативний, а водневі атоми - невеликий позитивний заряд, який притягається до електронів (їх неподеленной парі) на кисневому атомі сусідній молекули Н2О (тобто води). Таким чином, можна сказати, що воднева зв`язок - це що утворюється сила тяжіння між водневим атомом і електронегативним атомом. Важливою особливістю водневого атома є те, що при тяжінні його зв`язуючих електронів оголюється його ядро (тобто протон, іншими електрони не екранований). І хоча водневий зв`язок більш слабкіше, ніж ковалентний, саме вона обумовлює цілих ряд аномальний властивостей Н2О (води).

Найчастіше цей зв`язок утворюється за участю атомів наступних елементів: кисень (О), азот (N) і фтор (F). Це відбувається з тієї причини, що атоми цих елементів мають малі розміри і характеризуються високою електронегативність. З атомами розміру більшого (сірка S або хлор Cl) утворюється водневий зв`язок слабше, незважаючи на те, що за своєю електронегативності ці елементи можна порівняти з N (тобто з азотом).

Існує два типи водневого зв`язку:

1. Воднева межмолекулярная зв`язок - з`являється між двома молекулами, наприклад: метанол, аміак, фтороводород.
2. Водневий зв`язок внутримолекулярная - з`являється всередині однієї молекули, наприклад: 2-нитрофенол.

Також в даний час є думка, що воднева хімічний зв`язок буває слабкою і сильною. Вони відрізняються один від одного по енергії і довжині зв`язку (відстань між атомами):

1. Водневі зв`язку слабкі. Енергія - 10-30 кДж / моль, довжина зв`язку - 30. Усі речовини, перераховані вище, є прикладами нормальною або слабкою водневого зв`язку.
2. Водневі зв`язки сильні. Енергія - 400 кДж / моль, довжина - 23-24. Дані, отримані експериментальним шляхом, свідчать про те, що сильні зв`язки утворюються в наступних іонах: іон-водороддіфторід [FHF] -, іон-гідратований гідроксид [HO-H-OH] -, іон оксония гідратований [H2O-H-OH2] + , а також у різних інших органічних і неорганічних з`єднаннях.

Вплив водневих міжмолекулярних зв`язків

Аномальні значення температур кипіння і плавлення, ентальпії випаровування і поверхневого натягу деяких сполук можна пояснити наявністю зв`язків водневих. Вода має аномальні значення всіх перерахованих властивостей, а фтороводород і аміак - температури кипіння і плавлення. Вода і фтороводород в твердому і рідкому станах через наявність в них водневих міжмолекулярних зв`язків вважаються полимеризоваться. Даний зв`язок пояснює не тільки занадто високу температуру плавлення даних речовин, але також і їх малу щільність. Причому при плавленні воднева зв`язок частково руйнується, через що молекули води (Н2О) упаковуються більш щільно.

Димеризацію деяких речовин (карбонові кислоти, наприклад, бензойна і оцтова) можна також пояснити наявністю в них зв`язку водневої. Димер - це дві молекули, які пов`язані між собою. З цієї причини температура кипіння карбонових кислот вище, ніж у сполук, що мають приблизно таку ж молекулярну масу. Наприклад, у кислоти оцтової (СН3СООН) температура кипіння дорівнює 391 К, в той час як у ацетону (СН3СОСН3) вона дорівнює 329 К.

Вплив водневих внутрішньомолекулярних зв`язків

Цей зв`язок теж впливає на структуру і властивості різних сполук, таких як: 2- і 4-нитрофенол. Але найбільш відомий і важливий приклад водневого зв`язку - це дезоксирибонуклеїнова кислота (скор .: ДНК). Молекули цієї кислоти згорнуті у вигляді подвійної спіралі, дві нитки якої з`єднані між собою водневим зв`язком.