Wenn Sie sich die Chronologie der Forschung in der chemischen Wissenschaft über die Fähigkeit von Atomen verschiedener Elemente ansehen, miteinander zu interagieren, können wir die Mitte des 19. Jahrhunderts herausgreifen. Damals machten Wissenschaftler darauf aufmerksam, dass Wasserstoffverbindungen von Sauerstoff, Fluor und Stickstoff durch eine Gruppe von Eigenschaften gekennzeichnet sind, die als anomal bezeichnet werden können.
Das sind zunächst einmal sehr hohe Schmelz- und Siedepunkte beispielsweise für Wasser oder Fluorwasserstoff, die höher sind als bei anderen ähnlichen Verbindungen. Gegenwärtig ist bereits bekannt, dass diese Eigenschaften dieser Substanzen durch die Eigenschaft von Wasserstoffatomen bestimmt werden, eine ungewöhnliche Bindungsart mit Atomen von Elementen mit hohem Elektronegativitätsindex einzugehen. Sie nannten es Wasserstoff. Die Eigenschaften einer Bindung, die Besonderheiten ihrer Bildung und Beispiele für Verbindungen, die sie enth alten, sind die Hauptpunkte, auf die wir uns in unserem Artikel konzentrieren werden.
Verbindungsgrund
Die Wirkung der Kräfte der elektrostatischen Anziehung istdie physikalische Grundlage für das Auftreten der meisten Arten chemischer Bindungen. Bekannt sind die Arten chemischer Bindungen, die durch die Wechselwirkung von entgegengesetzt geladenen Atomkernen eines Elements und Elektronen eines anderen entstehen. Dies sind kovalente unpolare und polare Bindungen, die für einfache und komplexe Verbindungen nichtmetallischer Elemente charakteristisch sind.
Zum Beispiel zwischen dem Fluoratom, das die höchste Elektronegativität hat, und dem elektroneutralen Wasserstoffteilchen, dessen Ein-Elektronen-Wolke ursprünglich nur dem H-Atom gehörte, kommt es zu einer Verschiebung der negativ geladenen Dichte. Nun kann das Wasserstoffatom selbst mit Recht als Proton bezeichnet werden. Was passiert als nächstes?
Elektrostatische Wechselwirkung
Die Elektronenwolke des Wasserstoffatoms bewegt sich fast vollständig auf das Fluorteilchen zu und erhält eine überschüssige negative Ladung. Zwischen dem nackten, dh ohne negative Dichte, Wasserstoffatom - einem Proton und dem F--Ion des benachbarten Fluorwasserstoffmoleküls manifestiert sich die Kraft der elektrostatischen Anziehung. Es führt zum Auftreten von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen. Aufgrund seines Vorkommens können mehrere HF-Moleküle gleichzeitig stabile Assoziate bilden.
Die Hauptbedingung für die Bildung einer Wasserstoffbrücke ist das Vorhandensein eines Atoms eines chemischen Elements mit hoher Elektronegativität und eines damit wechselwirkenden Wasserstoffprotons. Am stärksten ausgeprägt ist diese Art der Wechselwirkung bei Sauerstoff- und Fluorverbindungen (Wasser, Fluorwasserstoff), weniger bei stickstoffh altigen Stoffen wie Ammoniak und noch weniger bei Schwefel- und Chlorverbindungen. Beispiele für zwischen Molekülen gebildete Wasserstoffbrücken finden sich auch in organischen Substanzen.
So treten bei Alkoholen zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffatomen der funktionellen Hydroxylgruppen auch elektrostatische Anziehungskräfte auf. Daher sind bereits die ersten Vertreter der homologen Reihe - Methanol und Ethylalkohol - Flüssigkeiten, keine Gase, wie andere Substanzen dieser Zusammensetzung und dieses Molekulargewichts.
Energiecharakteristik der Kommunikation
Vergleichen wir die Energieintensität von kovalenten (40–100 kcal/mol) und Wasserstoffbrückenbindungen. Die folgenden Beispiele bestätigen die folgende Aussage: Der Wasserstofftyp enthält nur 2 kcal/mol (zwischen Ammoniakdimeren) bis 10 kcal/mol Energie in Fluorverbindungen. Aber es stellt sich heraus, dass es ausreicht, wenn sich die Partikel einiger Substanzen zu Assoziaten verbinden können: Dimere, Tetra- und Polymere - Gruppen, die aus vielen Molekülen bestehen.
Sie befinden sich nicht nur in der flüssigen Phase der Verbindung, sondern können beim Übergang in den gasförmigen Zustand ohne Zerfall konserviert werden. Daher verursachen Wasserstoffbrückenbindungen, die Moleküle in Gruppen h alten, ungewöhnlich hohe Siede- und Schmelzpunkte von Ammoniak, Wasser oder Fluorwasserstoff.
Wie sich Wassermoleküle verbinden
Sowohl anorganische als auch organische Substanzen haben verschiedene Arten von chemischen Bindungen. Die chemische Bindung, die bei der Assoziation polarer Teilchen untereinander entsteht und als intermolekularer Wasserstoff bezeichnet wird, kann die Physikochemie radikal verändernVerbindungseigenschaften. Beweisen wir diese Aussage, indem wir die Eigenschaften von Wasser betrachten. Moleküle H2O haben die Form von Dipolen - Teilchen, deren Pole entgegengesetzte Ladungen tragen.
Benachbarte Moleküle werden durch die positiv geladenen Wasserstoffprotonen und die negativen Ladungen des Sauerstoffatoms angezogen. Als Ergebnis dieses Prozesses werden Molekülkomplexe gebildet - Assoziate, die zum Auftreten ungewöhnlich hoher Siede- und Schmelzpunkte, hoher Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der Verbindung führen.
Die einzigartigen Eigenschaften des Wassers
Das Vorhandensein von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen H2O-Partikeln ist für viele seiner lebenswichtigen Eigenschaften verantwortlich. Wasser sorgt für die wichtigsten Stoffwechselreaktionen - die in der Zelle ablaufende Hydrolyse von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten - und ist ein Lösungsmittel. Solches Wasser, das Teil des Zytoplasmas oder der interzellulären Flüssigkeit ist, wird als frei bezeichnet. Dank Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen bildet es Hydrathüllen um Proteine und Glykoproteine, die ein Anhaften zwischen polymeren Makromolekülen verhindern.
In diesem Fall wird das Wasser strukturiert genannt. Die von uns angeführten Beispiele der Wasserstoffbrückenbindung, die zwischen den Partikeln von H2O auftritt, beweisen seine führende Rolle bei der Bildung der grundlegenden physikalischen und chemischen Eigenschaften organischer Substanzen - Proteine und Polysaccharide, bei den Prozessen der Assimilation und Dissimilation, die in lebenden Organismen stattfinden, sowie bei der Sicherstellung ihres thermischen Gleichgewichts.
Intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung
Salicylsäure ist eines der bekannten und seit langem verwendeten Arzneimittel mit entzündungshemmender, wundheilender und antimikrobieller Wirkung. Die Säure selbst, Bromderivate von Phenol, organische Komplexverbindungen sind in der Lage, eine intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung zu bilden. Die folgenden Beispiele zeigen den Mechanismus seiner Bildung. So ist in der räumlichen Anordnung des Salicylsäuremoleküls die Annäherung des Sauerstoffatoms der Carbonylgruppe und des Wasserstoffprotons des Hydroxylradikals möglich.
Aufgrund der größeren Elektronegativität des Sauerstoffatoms gerät das Elektron des Wasserstoffteilchens fast vollständig unter den Einfluss des Sauerstoffkerns. Innerhalb des Salicylsäuremoleküls tritt eine Wasserstoffbrücke auf, die den Säuregeh alt der Lösung aufgrund einer Erhöhung der Konzentration von Wasserstoffionen darin erhöht.
Zusammenfassend können wir sagen, dass sich diese Art der Wechselwirkung zwischen Atomen manifestiert, wenn die Gruppe des Donors (Teilchen, das ein Elektron abgibt) und des Akzeptoratoms, das es aufnimmt, Teil desselben Moleküls sind.
