Nếu bạn nhìn vào niên đại của nghiên cứu trong khoa học hóa học về khả năng tương tác với nhau của các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau, chúng ta có thể nhận ra vào giữa thế kỷ 19. Vào thời điểm đó, các nhà khoa học đã chú ý đến thực tế là các hợp chất hydro của oxy, flo, nitơ được đặc trưng bởi một nhóm tính chất có thể được gọi là dị thường.
Trước hết, đây là điểm nóng chảy và sôi rất cao, ví dụ, đối với nước hoặc hydro florua, cao hơn so với các hợp chất tương tự khác. Hiện nay, người ta đã biết rằng các tính năng này của các chất này được xác định bởi tính chất của nguyên tử hydro để tạo thành một loại liên kết bất thường với các nguyên tử của nguyên tố có chỉ số độ âm điện lớn. Họ gọi nó là hydro. Các thuộc tính của một liên kết, các chi tiết cụ thể về sự hình thành của nó và ví dụ về các hợp chất chứa nó là những điểm chính mà chúng tôi sẽ tập trung vào trong bài viết của mình.
Lý do kết nối
Công của lực hút tĩnh điện làcơ sở vật lý cho sự xuất hiện của hầu hết các loại liên kết hóa học. Các loại liên kết hóa học hình thành do sự tương tác của các hạt nhân nguyên tử mang điện trái dấu của một nguyên tố và các electron của nguyên tố khác đã được biết đến nhiều. Đây là các liên kết cộng hóa trị không phân cực và có cực, đặc trưng của các hợp chất đơn giản và phức tạp của các nguyên tố phi kim.
Ví dụ, giữa nguyên tử flo, có độ âm điện lớn nhất và hạt điện tử của hiđrô, đám mây một điện tử mà ban đầu chỉ thuộc về nguyên tử H, có sự dịch chuyển mật độ điện tích âm. Giờ đây, bản thân nguyên tử hydro đúng ra có thể được gọi là proton. Điều gì xảy ra tiếp theo?
Tương tác tĩnh điện
Đám mây electron của nguyên tử hydro gần như chuyển hoàn toàn về phía hạt flo, và nó nhận được một điện tích âm dư thừa. Giữa vật thể trần, nghĩa là, không có mật độ âm, nguyên tử hydro - một proton, và ion F-của phân tử hydro florua lân cận, lực hút tĩnh điện được biểu hiện. Nó dẫn đến sự xuất hiện của các liên kết hydro giữa các phân tử. Do sự xuất hiện của nó, một số phân tử HF có thể tạo thành các liên kết bền cùng một lúc.
Điều kiện chính để hình thành liên kết hydro là sự có mặt của nguyên tử của nguyên tố hóa học có độ âm điện lớn và proton hydro tương tác với nó. Loại tương tác này rõ ràng nhất trong các hợp chất oxy và flo (nước, hydro florua), ít hơn trong các chất chứa nitơ, chẳng hạn như amoniac, và thậm chí ít hơn trong các hợp chất lưu huỳnh và clo. Ví dụ về liên kết hydro được hình thành giữa các phân tử cũng có thể được tìm thấy trong các chất hữu cơ.
Như vậy, trong rượu giữa nguyên tử oxy và hydro của các nhóm chức hydroxyl cũng sinh ra lực hút tĩnh điện. Do đó, các đại diện đầu tiên của dãy đồng đẳng - metanol và rượu etylic - là chất lỏng, không phải chất khí, giống như các chất khác có thành phần và trọng lượng phân tử này.
Đặc tính năng lượng của giao tiếp
Hãy so sánh cường độ năng lượng của liên kết cộng hóa trị (40–100 kcal / mol) và liên kết hydro. Các ví dụ dưới đây khẳng định nhận định sau: loại hiđro chỉ chứa năng lượng từ 2 kcal / mol (giữa các đime hóa amoniac) đến 10 kcal / mol trong các hợp chất flo. Nhưng hóa ra là đủ để các phần tử của một số chất có thể liên kết thành các chất liên kết: dimer, tetra - và polyme - các nhóm bao gồm nhiều phân tử.
Chúng không chỉ ở trong pha lỏng của hợp chất, mà có thể được bảo quản mà không bị phân huỷ khi chuyển sang trạng thái khí. Do đó, liên kết hydro, giữ các phân tử thành nhóm, gây ra điểm sôi và điểm nóng chảy cao bất thường của amoniac, nước hoặc hydro florua.
Cách các phân tử nước liên kết với nhau
Cả chất vô cơ và chất hữu cơ đều có một số loại liên kết hóa học. Liên kết hóa học phát sinh trong quá trình liên kết của các hạt phân cực với nhau, và được gọi là hydro liên phân tử, có thể thay đổi hoàn toàn tính chất lý hóa.đặc điểm kết nối. Hãy để chúng tôi chứng minh tuyên bố này bằng cách xem xét các tính chất của nước. Phân tử H2O có dạng lưỡng cực - các hạt mà các cực của chúng mang điện tích trái dấu.
Các phân tử lân cận bị hút bởi các proton hydro mang điện tích dương và điện tích âm của nguyên tử oxy. Kết quả của quá trình này, các phức chất phân tử được hình thành - liên kết, dẫn đến sự xuất hiện của các điểm sôi và nóng chảy cao bất thường, nhiệt dung và độ dẫn nhiệt cao của hợp chất.
Các đặc tính độc đáo của nước
Sự hiện diện của liên kết hydro giữa các hạt H2O chịu trách nhiệm cho nhiều đặc tính quan trọng của nó. Nước cung cấp các phản ứng trao đổi chất quan trọng nhất - quá trình thủy phân carbohydrate, protein và chất béo xảy ra trong tế bào - và là dung môi. Nước như vậy, là một phần của tế bào chất hoặc chất lỏng gian bào, được gọi là tự do. Nhờ các liên kết hydro giữa các phân tử, nó tạo thành lớp vỏ hydrat hóa xung quanh protein và glycoprotein, giúp ngăn chặn sự kết dính giữa các đại phân tử polyme.
Trong trường hợp này, nước được gọi là có cấu trúc. Các ví dụ chúng tôi đã đưa ra về liên kết hydro xảy ra giữa các hạt của H2O chứng minh vai trò hàng đầu của nó trong việc hình thành các tính chất vật lý và hóa học cơ bản của các chất hữu cơ - protein và polysaccharide, trong các quá trình đồng hóa và phân hủy xảy ra trong các cơ thể sống. các hệ thống, cũng như trong việc đảm bảo cân bằng nhiệt của chúng.
Liên kết hydro nội phân tử
Axit salicylic là một trong những vị thuốc nổi tiếng và được sử dụng từ lâu với tác dụng chống viêm, làm lành vết thương và kháng khuẩn. Bản thân axit, dẫn xuất bromo của phenol, các hợp chất hữu cơ phức tạp đều có khả năng tạo liên kết hiđro nội phân tử. Các ví dụ dưới đây cho thấy cơ chế hình thành của nó. Vì vậy, trong cấu hình không gian của phân tử axit salixylic, có thể tiếp cận nguyên tử oxy của nhóm cacbonyl và proton hydro của gốc hydroxyl.
Do nguyên tử oxi có độ âm điện lớn hơn nên electron của hạt hiđro gần như hoàn toàn chịu tác dụng của hạt nhân oxi. Liên kết hydro xảy ra bên trong phân tử axit salicylic, làm tăng tính axit của dung dịch do sự gia tăng nồng độ của các ion hydro trong đó.
Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng kiểu tương tác này giữa các nguyên tử biểu hiện nếu nhóm của nguyên tử cho (hạt cho electron) và nguyên tử nhận nó là một phần của cùng một phân tử.
