Legătura cu hidrogen: exemple și tipuri de legături chimice

Dacă vă uitați la cronologia studierii științei chimice, capacitatea atomilor de elemente diferite de a interacționa unul cu celălalt, se poate distinge la mijlocul secolului al XIX-lea. În acest moment, oamenii de știință au atras atenția asupra faptului că compușii cu hidrogen de oxigen, fluor, azot sunt caracterizați de un grup de proprietăți care pot fi numite anomalii.

Acestea sunt, în primul rând, punctele de topire și de fierbere foarte ridicate, de exemplu apă sau fluorhidrat, care sunt mai mari decât alți compuși similari. Este cunoscut faptul că aceste caracteristici ale acestor substanțe sunt determinate de proprietatea atomilor de hidrogen pentru a forma un tip neobișnuit de atomi ai elementelor care au cea mai mare electronegativitate. A fost numit hidrogen. proprietăți de comunicare, specificul educației sale și exemple de compuși care conțin ea - acestea sunt principalele puncte care vor fi discutate în articolul nostru.

Cauzele comunicării

Acțiunea forțelor de atracție electrostatică este baza fizică pentru apariția celor mai multe tipuri de legături chimice. Tipurile de legături chimice care apar datorită interacțiunii dintre nucleele atomice încărcate opus ale unui element și electronii celeilalte sunt bine cunoscute. Aceasta este o legătură covalentă nepolară și polară, caracteristică compușilor simpli și complexi de elemente nemetalice.

De exemplu, printre atom de fluor a cărui electronegativitate este cel mai mare și electric a particulelor de nor de hidrogen-electron care a aparținut inițial numai un atom de H, este decalată încărcat negativ densitate. Acum atomul de hidrogen poate fi numit drept proton. Ce se întâmplă în continuare?

Interacțiunea electrostatică

Norul de electroni al atomului de hidrogen trece aproape complet în direcția particulei de fluor și dobândește o încărcătură negativă excesivă. Între gol, adică lipsit de densitate negativă, atomul de hidrogen - protonul și ionul F^- Molecula de hidrogen fluorură vecină prezintă o forță de atracție electrostatică. Aceasta conduce la apariția unei legături intermoleculare de hidrogen. Datorită apariției sale, mai multe molecule de HF pot forma asociați stabili.

Condiția principală pentru formarea unei legături de hidrogen este prezența unui atom al unui element chimic având o electronegativitate ridicată și un proton de hidrogen interactiv. Cel mai clar acest tip de interacțiune se manifestă într-un oxigen și compuși cu fluor (apa, fluorura de hidrogen), mai puțin - substanțe azotate, cum ar fi amoniacul, și chiar mai puțin - compușii de sulf și clor. Exemple de legături de hidrogen formate între molecule pot fi, de asemenea, găsite în substanțe organice.

Astfel, în alcoolul dintre atomii de oxigen și hidrogen ai grupărilor funcționale hidroxil, apar și forțe de atracție electrostatice. Prin urmare, chiar și primii reprezentanți ai seriei omoloage - metanol și alcool etilic - sunt lichide și nu gaze, ca și alte substanțe de astfel de compoziție și greutate moleculară.

Energie caracteristică comunicării

Să comparăm intensitatea energetică a legăturii covalente (40-100 kcal / mol) și a hidrogenului. Exemplele prezentate mai jos confirmă următoarea afirmație: tipul de hidrogen conține numai 2 kcal / mol (între dimerii amoniacului) și 10 kcal / mol de energie în compușii cu fluor. Dar se dovedește a fi suficient pentru particulele unor substanțe să se lege de asociați: dimeri, tetra și polimeri - grupuri constând din mai multe molecule.

Ele nu sunt numai în faza lichidă a compusului, dar pot fi conservate, fără a se deteriora, în timpul tranziției la starea gazului. Prin urmare, legăturile de hidrogen, care asigură reținerea moleculelor în grupuri, cauzează temperaturi anormale de fierbere și de topire a amoniacului, a apei sau a acidului fluorhidric.

Cum se asociază moleculele de apă

Atât substanțele anorganice cât și cele organice au mai multe tipuri de legături chimice. Legătura chimică care apare în procesul de asociere a particulelor polare între ele, numită hidrogen intermolecular, poate schimba radical caracteristicile fizico-chimice ale compusului. Demonstrăm această afirmație luând în considerare proprietățile apei. Moleculele H₂O au forma de dipoli - particule ale căror stâlpi poartă încărcături opuse.

Moleculele învecinate sunt atrase unul de altul prin protoni hidrogen încărcați pozitiv și încărcări negative ale atomului de oxigen. Ca urmare a acestui proces, se formează complexe moleculare - asociați, conducând la apariția unor temperaturi anormal de fierbinți și de topire, la o capacitate mare de căldură și la o conductivitate termică a compusului.

Proprietăți unice ale apei

Prezența legăturilor de hidrogen între particulele H₂O este cauza multor proprietăți vitale. Apa oferă cele mai importante reacții metabolice - hidroliza carbohidraților, a proteinelor și a grăsimilor, care curge în celulă - și este un solvent. O astfel de apă, care face parte din citoplasmă sau din fluidul intercelular, este numită liberă. Datorită legăturilor de hidrogen dintre molecule, acesta formează învelișuri hidratate în jurul proteinelor și glicoproteinelor, care împiedică aglomerarea dintre macromolecule ale polimerilor.

În acest caz, apa se numește structurată. Exemplele legăturii de hidrogen dintre particulele H₂O, dovedesc rolul de lider în formarea proprietăților fizice și chimice de bază ale substanțelor organice - proteine ​​și polizaharide, asimilare și procese disimilație care au loc în sistemele vii precum și pentru a asigura echilibrul termic.

Legătura intramoleculară cu hidrogen

Acidul salicilic este unul dintre medicamentele bine cunoscute și stabilite de mult timp cu efect antiinflamator, vindecare a rănilor și efect antimicrobian. Acidul în sine, bromo-derivații fenolului, compușii complexici organici, sunt capabili să formeze o legătură hidrogen intramoleculară. Exemplele de mai jos arată mecanismul formării sale. Astfel, în configurația spațială a moleculei de acid salicilic, atomul de oxigen al grupării carbonil și protonul hidrogen al radicalului hidroxil pot converge.

Datorită unei electronegativități mai mari a atomului de oxigen, electronul particulei de hidrogen cade aproape complet sub influența nucleului de oxigen. În interiorul moleculei de acid salicilic apare o legătură de hidrogen, care crește aciditatea soluției datorită creșterii concentrației de ioni de hidrogen din aceasta.

Rezumând, putem spune că tipul de interacțiune dintre atomii se manifestă atunci când grupul donor (particule, donor de electroni), și un atom acceptor pe care le primește, fac parte din aceeași moleculă.