Als je kijkt naar de chronologie van de studie in de chemische wetenschap van het vermogen van atomen van verschillende elementen om met elkaar in wisselwerking te staan, kunnen we het midden van de 19e eeuw onderscheiden. In die tijd vestigden wetenschappers de aandacht op het feit dat waterstofverbindingen van zuurstof, fluor en stikstof worden gekenmerkt door een groep eigenschappen die abnormaal kunnen worden genoemd.
Dit zijn in de eerste plaats zeer hoge smelt- en kookpunten, bijvoorbeeld voor water of waterstoffluoride, die hoger zijn dan voor andere vergelijkbare verbindingen. Op dit moment is al bekend dat deze eigenschappen van deze stoffen worden bepaald door de eigenschap van waterstofatomen om een ongebruikelijk type binding te vormen met de atomen van elementen met een hoge elektronegativiteitsindex. Ze noemden het waterstof. De eigenschappen van een binding, de bijzonderheden van de vorming ervan en voorbeelden van verbindingen die deze bevatten, zijn de belangrijkste punten waarop we ons in ons artikel zullen concentreren.
Reden voor verbinding
De actie van de krachten van elektrostatische aantrekking isde fysieke basis voor het verschijnen van de meeste soorten chemische bindingen. De soorten chemische bindingen die zijn ontstaan door de interactie van tegengesteld geladen atoomkernen van het ene element en elektronen van een ander zijn algemeen bekend. Dit zijn covalente niet-polaire en polaire bindingen, kenmerkend voor eenvoudige en complexe verbindingen van niet-metalen elementen.
Bijvoorbeeld tussen het fluoratoom, dat de hoogste elektronegativiteit heeft, en het elektroneutrale waterstofdeeltje, waarvan de één-elektronenwolk aanvankelijk alleen tot het H-atoom behoorde, is er een verschuiving in de negatief geladen dichtheid. Nu kan het waterstofatoom zelf met recht een proton worden genoemd. Wat gebeurt er daarna?
Elektrostatische interactie
De elektronenwolk van het waterstofatoom gaat bijna volledig naar het fluordeeltje en krijgt een overmatige negatieve lading. Tussen het naakte, dat wil zeggen verstoken van negatieve dichtheid, waterstofatoom - een proton, en het F- ion van het naburige waterstoffluoridemolecuul, manifesteert zich de kracht van elektrostatische aantrekking. Het leidt tot het verschijnen van intermoleculaire waterstofbruggen. Door het voorkomen ervan kunnen meerdere HF-moleculen tegelijk stabiele associaties vormen.
De belangrijkste voorwaarde voor de vorming van een waterstofbrug is de aanwezigheid van een atoom van een chemisch element met een hoge elektronegativiteit en een waterstofproton dat ermee in wisselwerking staat. Dit type interactie is het meest uitgesproken in zuurstof- en fluorverbindingen (water, waterstoffluoride), minder in stikstofhoudende stoffen, zoals ammoniak, en nog minder in zwavel- en chloorverbindingen. Voorbeelden van waterstofbruggen gevormd tussen moleculen zijn ook te vinden in organische stoffen.
Zo ontstaan in alcoholen tussen de zuurstof- en waterstofatomen van de functionele hydroxylgroepen ook elektrostatische aantrekkingskrachten. Daarom zijn al de eerste vertegenwoordigers van de homologe reeks - methanol en ethylalcohol - vloeistoffen, geen gassen, zoals andere stoffen met deze samenstelling en molecuulgewicht.
Energiekenmerk van communicatie
Laten we de energie-intensiteit van covalente (40-100 kcal/mol) en waterstofbruggen vergelijken. Onderstaande voorbeelden bevestigen de volgende stelling: het waterstoftype bevat slechts 2 kcal/mol (tussen ammoniakdimeren) tot 10 kcal/mol energie in fluorverbindingen. Maar het blijkt voldoende te zijn dat de deeltjes van sommige stoffen zich kunnen binden aan associates: dimeren, tetra- en polymeren - groepen bestaande uit vele moleculen.
Ze bevinden zich niet alleen in de vloeibare fase van de verbinding, maar kunnen worden bewaard zonder te desintegreren wanneer ze overgaan in een gastoestand. Daarom veroorzaken waterstofbruggen, die moleculen in groepen vasthouden, abnormaal hoge kook- en smeltpunten van ammoniak, water of waterstoffluoride.
Hoe watermoleculen associëren
Zowel anorganische als organische stoffen hebben verschillende soorten chemische bindingen. De chemische binding die ontstaat in het proces van associatie van polaire deeltjes met elkaar, en intermoleculaire waterstof wordt genoemd, kan de fysisch-chemische verandering radicaal veranderen.verbindingskenmerken. Laten we deze bewering bewijzen door de eigenschappen van water te beschouwen. Moleculen H2O hebben de vorm van dipolen - deeltjes waarvan de polen tegengestelde ladingen dragen.
Naburige moleculen worden tot elkaar aangetrokken door de positief geladen waterstofprotonen en de negatieve ladingen van het zuurstofatoom. Als resultaat van dit proces worden moleculaire complexen gevormd - associaties, wat leidt tot het verschijnen van abnormaal hoge kook- en smeltpunten, hoge warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid van de verbinding.
De unieke eigenschappen van water
De aanwezigheid van waterstofbruggen tussen H2O-deeltjes is verantwoordelijk voor veel van zijn vitale eigenschappen. Water zorgt voor de belangrijkste stofwisselingsreacties - de hydrolyse van koolhydraten, eiwitten en vetten in de cel - en is een oplosmiddel. Dergelijk water, dat deel uitmaakt van het cytoplasma of intercellulaire vloeistof, wordt vrij genoemd. Dankzij waterstofbruggen tussen moleculen vormt het hydratatieschillen rond eiwitten en glycoproteïnen, die voorkomen dat ze tussen polymeermacromoleculen blijven plakken.
In dit geval wordt het water gestructureerd genoemd. De voorbeelden die we hebben gegeven van de waterstofbinding die optreedt tussen de deeltjes van H2O bewijzen zijn leidende rol bij de vorming van de fysische en chemische basiseigenschappen van organische stoffen - eiwitten en polysachariden, in de processen van assimilatie en dissimilatie die in levende organismen voorkomen, evenals bij het verzekeren van hun thermisch evenwicht.
Intramoleculaire waterstofbrug
Salicylzuur is een van de bekende en lang gebruikte medicijnen met ontstekingsremmende, wondgenezende en antimicrobiële effecten. Het zuur zelf, broomderivaten van fenol, organische complexe verbindingen kunnen een intramoleculaire waterstofbinding vormen. De onderstaande voorbeelden tonen het mechanisme van zijn vorming. Dus in de ruimtelijke configuratie van het salicylzuurmolecuul is de nadering van het zuurstofatoom van de carbonylgroep en het waterstofproton van de hydroxylradicaal mogelijk.
Door de grotere elektronegativiteit van het zuurstofatoom v alt het elektron van het waterstofdeeltje bijna volledig onder invloed van de zuurstofkern. Binnen het salicylzuurmolecuul vindt een waterstofbinding plaats, die de zuurgraad van de oplossing verhoogt door een toename van de concentratie van waterstofionen erin.
Samenvattend kunnen we zeggen dat dit type interactie tussen atomen zich manifesteert als de groep van de donor (deeltje dat een elektron afstaat) en het acceptoratoom dat het accepteert, deel uitmaken van hetzelfde molecuul.
