Ha megnézzük a kémiai tudományban a különféle elemek atomjainak egymással való kölcsönhatási képességével foglalkozó tanulmány kronológiáját, kiemelhetjük a 19. század közepét. Akkoriban a tudósok felhívták a figyelmet arra, hogy az oxigén, fluor, nitrogén hidrogénvegyületeit anomálisnak nevezhető tulajdonságok csoportja jellemzi.
Ezek elsősorban a nagyon magas olvadáspontok és forráspontok, például a víz vagy a hidrogén-fluorid esetében, amelyek magasabbak, mint más hasonló vegyületeknél. Jelenleg már ismert, hogy ezeknek az anyagoknak a tulajdonságait a hidrogénatomok azon tulajdonsága határozza meg, hogy szokatlan típusú kötést képeznek a magas elektronegativitási indexű elemek atomjaival. Hidrogénnek hívták. A kötés tulajdonságai, kialakulásának sajátosságai és példák a kötést tartalmazó vegyületekre – ezek a fő szempontok, amelyekre cikkünkben összpontosítunk.
A csatlakozás oka
Az elektrosztatikus vonzás erőinek hatása aza legtöbb kémiai kötéstípus megjelenésének fizikai alapja. Az egyik elem ellentétes töltésű atommagjainak és egy másik elektronjainak kölcsönhatása következtében létrejövő kémiai kötések típusai jól ismertek. Ezek kovalens nem poláris és poláris kötések, amelyek a nem fémes elemek egyszerű és összetett vegyületeire jellemzőek.
Például a legnagyobb elektronegativitású fluoratom és a hidrogén elektrosemleges részecskéje között, amelynek egyelektronos felhője kezdetben csak a H atomhoz tartozott, a negatív töltésű sűrűség eltolódik.. Most magát a hidrogénatomot joggal nevezhetjük protonnak. Mi történik ezután?
Elektrosztatikus kölcsönhatás
A hidrogénatom elektronfelhője szinte teljesen a fluor részecske felé halad, és az feleslegben negatív töltést vesz fel. A csupasz, azaz negatív sűrűségtől mentes hidrogénatom - proton - és a szomszédos hidrogén-fluorid molekula F- ionja között az elektrosztatikus vonzás ereje nyilvánul meg. Ez intermolekuláris hidrogénkötések megjelenéséhez vezet. Előfordulásának köszönhetően több HF-molekula is képes egyszerre stabil asszociációkat létrehozni.
A hidrogénkötés kialakulásának fő feltétele egy nagy elektronegativitású kémiai elem atomjának jelenléte és egy hidrogén-proton, amely kölcsönhatásba lép vele. Ez a fajta kölcsönhatás a legkifejezettebb az oxigén- és fluorvegyületekben (víz, hidrogén-fluorid), kevésbé a nitrogéntartalmú anyagokban, mint például az ammónia, és még kevésbé a kén- és klórvegyületekben. A molekulák között létrejövő hidrogénkötésekre szerves anyagokban is találhatunk példákat.
Így a funkcionális hidroxilcsoportok oxigén- és hidrogénatomja között lévő alkoholokban elektrosztatikus vonzási erők is fellépnek. Ezért már a homológ sorozat első képviselői - a metanol és az etil-alkohol - folyadékok, nem gázok, mint más ilyen összetételű és molekulatömegű anyagok.
A kommunikációra jellemző energia
Hasonlítsuk össze a kovalens (40-100 kcal/mol) és a hidrogénkötések energiaintenzitását! Az alábbi példák megerősítik a következő állítást: a hidrogén típus csak 2 kcal/mol (ammónia dimerek között) és 10 kcal/mol energiát tartalmaz fluorvegyületekben. De kiderül, hogy bizonyos anyagok részecskéinek is elegendőnek kell lenniük ahhoz, hogy asszociációkká kapcsolódjanak: dimerek, tetra- és polimerek - sok molekulából álló csoportok.
Nemcsak a vegyület folyékony fázisában vannak, de szétesés nélkül megőrződnek, amikor gáz állapotba kerülnek. Ezért a hidrogénkötések, amelyek csoportokban tartják a molekulákat, rendellenesen magas forráspontot és olvadáspontot okoznak az ammóniában, vízben vagy hidrogén-fluoridban.
Hogyan kapcsolódnak a vízmolekulák
Mind a szervetlen, mind a szerves anyagokban többféle kémiai kötés található. A poláris részecskék egymással való asszociációja során létrejövő kémiai kötés, amelyet intermolekuláris hidrogénnek neveznek, gyökeresen megváltoztathatja a fiziko-kémiaicsatlakozási jellemzők. Bizonyítsuk be ezt az állítást a víz tulajdonságainak figyelembevételével. A H2O molekulák dipólusok – olyan részecskék, amelyek pólusai ellentétes töltést hordoznak.
A szomszédos molekulákat a pozitív töltésű hidrogén protonok és az oxigénatom negatív töltései vonzzák egymáshoz. Ennek a folyamatnak az eredményeként molekuláris komplexek képződnek - asszociációk, amelyek szokatlanul magas forrás- és olvadáspontok, valamint a vegyület nagy hőkapacitása és hővezető képessége megjelenéséhez vezetnek.
A víz egyedülálló tulajdonságai
A H2O részecskék közötti hidrogénkötések jelenléte felelős számos létfontosságú tulajdonságáért. A víz biztosítja a legfontosabb anyagcsere-reakciókat - a sejtben előforduló szénhidrátok, fehérjék és zsírok hidrolízisét -, és oldószer. Az ilyen vizet, amely a citoplazma vagy az intercelluláris folyadék része, szabadnak nevezzük. A molekulák közötti hidrogénkötéseknek köszönhetően hidratáló héjakat képez a fehérjék és glikoproteinek körül, amelyek megakadályozzák a polimer makromolekulák közötti megtapadást.
Ebben az esetben a vizet strukturáltnak nevezzük. Az általunk felhozott példák a H2O részecskéi között létrejövő hidrogénkötésre igazolják vezető szerepét a szerves anyagok - fehérjék és poliszacharidok - alapvető fizikai és kémiai tulajdonságainak kialakításában, az élő szervezetekben végbemenő asszimilációs és disszimilációs folyamatokban, rendszerekben, valamint hőegyensúlyuk biztosításában.
Intramolekuláris hidrogénkötés
A szalicilsav az egyik jól ismert és régóta használt gyulladáscsökkentő, sebgyógyító és antimikrobiális hatású gyógyszer. Maga a sav, a fenol bróm származékai, szerves komplex vegyületek képesek intramolekuláris hidrogénkötés kialakítására. Az alábbi példák bemutatják kialakulásának mechanizmusát. Tehát a szalicilsavmolekula térbeli konfigurációjában a karbonilcsoport oxigénatomjának és a hidroxilgyök hidrogén-protonjának közelítése lehetséges.
Az oxigénatom nagyobb elektronegativitása miatt a hidrogénrészecske elektronja szinte teljesen az oxigénmag hatása alá kerül. A szalicilsavmolekulában hidrogénkötés jön létre, ami növeli az oldat savasságát a benne lévő hidrogénionok koncentrációjának növekedése miatt.
Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy az atomok közötti ilyen típusú kölcsönhatás akkor nyilvánul meg, ha a donor (elektront adományozó részecske) csoportja és az azt elfogadó akceptor atom ugyanannak a molekulának a része.
