Dacă ne uităm la cronologia studiului în știința chimică a capacității atomilor diferitelor elemente de a interacționa între ei, putem evidenția mijlocul secolului al XIX-lea. La acea vreme, oamenii de știință au atras atenția asupra faptului că compușii cu hidrogen ai oxigenului, fluorului, azotului sunt caracterizați printr-un grup de proprietăți care pot fi numite anormale.
Acestea sunt, în primul rând, puncte de topire și de fierbere foarte mari, de exemplu, pentru apă sau fluorură de hidrogen, care sunt mai mari decât pentru alți compuși similari. În prezent, se știe deja că aceste caracteristici ale acestor substanțe sunt determinate de proprietatea atomilor de hidrogen de a forma un tip neobișnuit de legătură cu atomii elementelor care au un indice de electronegativitate ridicat. L-au numit hidrogen. Proprietățile unei legături, specificul formării sale și exemplele de compuși care o conțin sunt punctele principale asupra cărora ne vom concentra în articolul nostru.
Motivul conexiunii
Acțiunea forțelor de atracție electrostatică estebaza fizică pentru apariția majorității tipurilor de legături chimice. Sunt bine cunoscute tipurile de legături chimice care au apărut datorită interacțiunii dintre nucleele atomice încărcate opus ale unui element și electronii altuia. Acestea sunt legături covalente nepolare și polare, caracteristice compușilor simpli și complecși ai elementelor nemetalice.
De exemplu, între atomul de fluor, care are cea mai mare electronegativitate, și particula electroneutră de hidrogen, al cărei nor cu un electron a aparținut inițial doar atomului de H, există o schimbare a densității încărcate negativ.. Acum atomul de hidrogen însuși poate fi numit pe bună dreptate proton. Ce se întâmplă în continuare?
Interacțiune electrostatică
Norul de electroni al atomului de hidrogen trece aproape complet către particula de fluor și capătă o sarcină negativă în exces. Între atomul de hidrogen gol, adică lipsit de densitate negativă, un proton, și ionul F- al moleculei de fluorură de hidrogen vecină, se manifestă forța de atracție electrostatică. Aceasta duce la apariția legăturilor de hidrogen intermoleculare. Datorită apariției sale, mai multe molecule de HF pot forma asociați stabili simultan.
Condiția principală pentru formarea unei legături de hidrogen este prezența unui atom al unui element chimic cu o electronegativitate mare și a unui proton de hidrogen care interacționează cu acesta. Acest tip de interacțiune este cel mai pronunțat în compușii cu oxigen și fluor (apă, fluorură de hidrogen), mai puțin în substanțele care conțin azot, cum ar fi amoniacul și chiar mai puțin în compușii cu sulf și clor. Exemple de legături de hidrogen formate între molecule pot fi găsite și în substanțele organice.
Astfel, în alcoolii dintre atomii de oxigen și hidrogen ai grupărilor hidroxil funcționale apar și forțe de atracție electrostatică. Prin urmare, deja primii reprezentanți ai seriei omoloage - metanolul și alcoolul etilic - sunt lichide, nu gaze, ca și alte substanțe cu această compoziție și greutate moleculară.
Energia caracteristică comunicării
Să comparăm intensitatea energetică a legăturilor covalente (40–100 kcal/mol) și a legăturilor de hidrogen. Exemplele de mai jos confirmă următoarea afirmație: tipul de hidrogen conține doar 2 kcal/mol (între dimerii de amoniac) până la 10 kcal/mol energie în compușii cu fluor. Dar se dovedește a fi suficient pentru ca particulele unor substanțe să se poată lega în asociați: grupări dimeri, tetra - și polimeri - formate din multe molecule.
Nu se află doar în faza lichidă a compusului, dar pot fi conservate fără a se dezintegra, la trecerea în stare gazoasă. Prin urmare, legăturile de hidrogen, care țin moleculele în grupuri, provoacă puncte de fierbere și de topire anormal de ridicate ale amoniacului, apei sau fluorurii de hidrogen.
Cum se asociază moleculele de apă
Atât substanțele anorganice, cât și cele organice au mai multe tipuri de legături chimice. Legătura chimică care ia naștere în procesul de asociere a particulelor polare între ele și se numește hidrogen intermolecular poate schimba radical fizico-chimiculcaracteristicile conexiunii. Să demonstrăm această afirmație luând în considerare proprietățile apei. Moleculele H2O au forma de dipoli - particule ai căror poli poartă sarcini opuse.
Moleculele învecinate sunt atrase unele de altele de protonii de hidrogen încărcați pozitiv și de sarcinile negative ale atomului de oxigen. În urma acestui proces, se formează complexe moleculare - asociați, ducând la apariția unor puncte de fierbere și de topire anormal de ridicate, capacitate ridicată de căldură și conductivitate termică a compusului.
Proprietățile unice ale apei
Prezența legăturilor de hidrogen între particulele de H2O este responsabilă pentru multe dintre proprietățile sale vitale. Apa asigură cele mai importante reacții metabolice - hidroliza carbohidraților, proteinelor și grăsimilor care apar în celulă - și este un solvent. O astfel de apă, care face parte din citoplasmă sau fluidul intercelular, se numește liberă. Datorită legăturilor de hidrogen dintre molecule, formează învelișuri de hidratare în jurul proteinelor și glicoproteinelor, care împiedică lipirea între macromoleculele polimerice.
În acest caz, apa se numește structurată. Exemplele pe care le-am dat despre legătura de hidrogen care are loc între particulele de H2O dovedesc rolul său principal în formarea proprietăților fizice și chimice de bază ale substanțelor organice - proteine și polizaharide, în procesele de asimilare și disimilare care au loc în organismele vii.sisteme, precum și în asigurarea echilibrului termic al acestora.
Legătură de hidrogen intramoleculară
Acidul salicilic este unul dintre medicamentele binecunoscute și utilizate de mult timp cu efecte antiinflamatorii, vindecarea rănilor și antimicrobiene. Acidul în sine, derivații bromo ai fenolului, compușii complecși organici sunt capabili să formeze o legătură de hidrogen intramoleculară. Exemplele de mai jos arată mecanismul formării sale. Deci, în configurația spațială a moleculei de acid salicilic, este posibilă apropierea atomului de oxigen al grupării carbonil și a protonului de hidrogen al radicalului hidroxil.
Datorită electronegativității mai mari a atomului de oxigen, electronul particulei de hidrogen cade aproape complet sub influența nucleului de oxigen. O legătură de hidrogen are loc în interiorul moleculei de acid salicilic, ceea ce crește aciditatea soluției datorită creșterii concentrației ionilor de hidrogen din aceasta.
Rezumând, putem spune că acest tip de interacțiune între atomi se manifestă dacă grupul donorului (particulă care donează un electron) și atomul acceptor care îl acceptă fac parte din aceeași moleculă.
