Связь атома водорода, связанного полярной ковалентной связью с атомом высоко электроотрицательного элемента с другим атомом высокоэлектроотрицательного элемента называется водородной. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Связь атома водорода, связанного полярной ковалентной связью с атомом высоко электроотрицательного элемента с другим атомом высокоэлектроотрицательного элемента называется водородной.



Механизм образования водородной связи – донорно-акцепторный. Донор – молекула или ион, имеющий неподеленную пару электронов. Акцептор – протон (Н+).

Очевидно, что водородная связь легко становится ковалентной при сближении атомов (ионов) водорода и высокоэлектроотрицательного элемента и наоборот, так как постоянно происходит перемещение ионов в растворе, их сближение и удаление друг от друга. Деление на ковалентную связь протона с одним и водородную с другим высокоэлектроотрицательным ионом условно. Стабильность системы определяется положением протона в поле действия двух анионов. В системе FHF- в и некоторых других соединениях атом водорода находится приблизительно посредине между двумя электроотрицательными атомами, образуя половину связи с каждым из них. Большинство же водородных связей несимметричны, одно межатомное расстояние больше другого на 50-80 пм. Энергия более слабой связи обычно составляет около 10-40 кДж×моль-1, что и называется энергией водородной связи.
Водородные связи, образуемые молекулами воды, обусловливают удивительно высокие точки плавления льда и кипения воды, существование максимума плотности воды, расширение воды при замерзании. При таянии льда разрывается только часть этих связей, а полностью они исчезают в парообразном состоянии (Рис.5.14.).

H - O....H - O....H - O....H - O....H - O....H - O....H - O....H - O....H - O....H - O

| | | | | | | | | |

H H H H H H H H H H

(H2O) n


Рис.5.14. Образование межмолекулярной водородной связи между молекулами воды.

 

Многие особые свойства неорганических и органических молекул, например димеризация жирных кислот, объясняются образованием водородных связей. Водородная связь - особенно важная структурная особенность белков и нуклеиновых кислот.
Ковалентные связи изображают короткими сплошными линиями, а водородные – более длинными пунктирными.
Ее образование обусловленно тем, что в результате сильного смещения общей электронной пары к электроотрицательному атому атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S). Энергия такого электростатического взаимодействия составляет 20–100 кДж∙моль–1. Водородная связь примерно в 15 – 20 раз слабее ковалентной. Водородные связи могут быть внутри - и межмолекулярными. Внутримолекулярная водородная связь образуется, если в этой молекуле имеются группы с донорной и акцепторной способностями, например, в ацетилацетоне (А) и, полученном из него реакцией с аммиаком

енаминокетоне (Б) (Рис.5.15.). Один атом водорода аминогруппы (NH2) cвязан внутримолекулярной водородной связью с кислородом соседней карбонильной группы, а второй может быть связан межмолекулярной водородной связью с кислородом соседней молекулы ацетилацетона (Б) (Рис. 5.15.).

Рис.5.15. Образование внутримолекулярной и межмолекулярной водородной связи в ацетилацетоне (А) и енаминокетоне (B).


От величины межмолекулярной водородной связи зависит температура кипения вещества. Внутримолекулярная водородная связь не влияет на значение его температуры кипения.
Исключительно важную роль водородная связь играет в биологических макромолекулах, таких неорганических соединениях как H2O, H2F2, NH3. Так, фтористоводородная кислота (HF) является слабой кислотой в отличие от других галогенводородных кислот за счет водородной связи она димеризуется (H2F2) и может образовать кислые соли (NaHF2). За счет водородных связей вода характеризуется столь высокими по сравнению с водородными соединениями других элементов (электронных аналогов) главной подгруппы шестой группы температурами плавления и кипения:

соединение Н2Te Н2Se H2S Н2О
Tкип.0С -2 -42 -60  

Если бы водородные связи отсутствовали, то вода плавилась бы при –100°С, а кипела при –80°С.

Взаимодействие между молекулами воды оказывается достаточно сильным, таким, что даже в парах воды присутствуют димеры и тримеры состава (H2O)2, (Н2O)3 и т. д. В растворах же могут возникать длинные цепи ассоциатов поскольку атом кислорода имеет две неподеленные пары электронов.
Таким образом, водородные связи могут образовываться, если есть полярная Х—Н связь и свободная пара электронов. Например, молекулы органических соединений, содержащие группы —ОН, —СООН, —CONH2, —NH2 и др., часто ассоциированы вследствие образования водородных связей.
Типичные случаи ассоциации наблюдаются для спиртов и органических кислот. Например, для уксусной кислоты возникновение водородной связи может привести к объединению молекул в пары с образованием циклической димерной структуры, и молекулярная масса уксусной кислоты, измеренная по плотности пара, оказывается удвоенной (120 вместо 60):

Внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей, которые определяют строение белков. По-видимому, наиболее важным и, несомненно, одним из наиболее известных примеров влияния внутримолекулярной водородной связи на структуру является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК свернута в виде двойной спирали. Две нити этой двойной спирали связаны друг с другом водородными связями.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 273; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.233.223.189 (0.013 с.)