Воднева звязок – приклади: що це таке, визначення хімічної, міжмолекулярною, які речовини утворюються

Водень — найпростіший хімічний елемент у Всесвіті. Його атом складається всього з одного протона в ядрі і одного електрона. Незважаючи на свою фізичну і хімічну простоту, водень є основним елементом всесвіту, завдяки йому горять і світяться зірки, наша планета вкрита водою, а складні органічні сполуки дали початок самому дивовижному явищу у Всесвіті — життя.

Особливості речовини

У природі зустріти водень у складі інших елементів таблиці Менделєєва можна всюди. Найяскравішим прикладом такого поєднання є така речовина, як вода.

Водень має три ізотопи:

  • протій Н (той самий перший елемент таблиці Менделєєва, звичний нам усім водень);
  • дейтерій (так званий важкий водень, що містить в ядрі не тільки протон, але і нейтрон);
  • тритій — радіоактивний ізотоп водню, ядро якого складається з протона і двох нейтронів.

Воднева зв’язок характерна і присутній у більшості органічних сполук. З’єднуючись з хлором, водень утворює хлорну кислоту, з киснем — воду, з азотом — аміак. Дані явища, виявлені в кінці 19 століття, були відкриті російськими хіміками М. Ільїнським і Н. Бекетовим.

Вчені встановили, що містить водень група атомів найчастіше утворює стабільні об’єднання з негативно зарядженим атомом, який може входити до складу тієї чи іншої молекули (не виключено, що навіть у ту ж саму). Дана додаткова «зчіпка» називається водневої зв’язком.

Природа явища

Дамо визначення водневого зв’язку (в. с.). Це взаємодія між негативно зарядженими частками молекул, реалізованим атомом водню.

Якщо рисою позначити зв’язок ковалентного типу, а трьома точками — водневу, то символічно можна відобразити в. с. між молекулами А і В таким чином: .

Природу даного міжатомної явища зрозуміти досить просто. Атом Н несе позитивні заряди δ+, якщо він зустрічає на своєму шляху заряджений негативно і володіє зарядом δ−, вступає з ним у електростатичний контакт.

Дивіться також:  Види ізомерії алкенів: загальна формула, гомологічний ряд, структурна, міжкласова і просторова

Важливо! Найчастіше в. с. помітно слабкіше порівняно з ковалентными. Проте вони набагато міцніше, ніж стандартне молекулярне притягання частинок, властиве твердим та рідким тіл.

Ковалентность

Незважаючи на те, що в. с. може протікати в рамках двох частинок пари абсолютно різних молекул, воднева хімічна не є молекулярної зв’язком. Властивість напрямки і насичення — одне з якостей в. с., яке робить її дуже схожою на ковалентную. Відзначимо, що в багатьох теоріях, в. с. вважається видом ковалентного зв’язку і це абсолютно ніяк не впливає на результати, тому можна вважати цю думку коректним. Більш того, сама природа в. с. дуже близька до ковалентного.

Це можна легко продемонструвати за допомогою традиційних хімічних методів, які розраховують орбіталі всередині молекул. У цьому вимірі вона буде представляти собою трехцентровые двухэлектронные зв’язку. В черговий раз це доводить, що віднесення ВС до різновиди ковалентного не несе нічого антинаучного.


Воднева зв’язок

Процес освіти

Який спосіб освіти. Утворюються водневі зв’язки між электроотрицательными атомами, один з яких має вільну електронну пару.

Найпереконливішою ознакою в. с. є дистанція між атомом Н і другим атомом. Вся справа в тому, що дистанція між атомами менше, ніж сума двох атомарних радіусів. Не дивлячись на часту асиметрію (коли , дистанція перевищує відстань ) все одно сума радіусів атомів більше, ніж відстань між ними.

Так, асиметрія у в. с. зустрічається часто, однак існують і симетричні конструкції, наприклад HF. Кут між першим і другим атомом в системі наближений до 180 градусів. Згадуючи фтороводороды HF, слід зауважити, що з’єднання з фтором — одне з найбільш міцних. HF являє собою іон симетричного типу . В ньому енергія водневих сполук становить близько 150 кілоджоулів в одному молі. Ковалентний зв’язок фтороводень приблизно така ж. У воді Н2О в. с. значно менше — близько 20 кілоджоулів на моль.

Дивіться також:  Закон Гесса та наслідки з нього: тепловий ефект хімічної реакції, як розрахувати – формула, приклади розвязання задач

З’єднання частинок через водень знайдено у великій кількості різних сполук. Хімічна зв’язок часто виникає між фтором, азотом і киснем, так як останні є найбільш электроотрицательными елементами. Рідко виявляється між хлором, сіркою та іншими елементами, які не є металами.

Важливо! Азот і кисень — основа життя, ці елементи містяться в особливо високої концентрації в вуглеводах, білках і нуклеїнової кислоти. Якби між цими речовинами не було міцного контакту через атом Н, життя на Землі було б неможливе.

Межмолекулярная воднева зв’язок — різновид утворення міцної структури, що зв’язує через атом Н одну молекулу з іншого. Яскравим прикладом є мурашина кислота. Вона являє собою молекулу, що складається з двох або більше простих молекул (димер).

Внутримолекулярная ВС — різновид, при якій атом Н є сполучною ланкою в рамках однієї молекули.

Те ж саме відноситься до фтороводороду, який знаходиться в газоподібному стані. Він містить такі полімерні структури, які можуть складатися з чотирьох простих молекул НF, об’єднаних один з одним через водень.

Приклади водневої міжмолекулярною конструкції шукати не доводиться: розчинність глюкози, фруктози, сахарози у водному розчині пояснюються саме за допомогою водню і його сполучною властивостями. Молекулярні структури живих організмів (молекула ДНК, наприклад) містять мільйони складних конструкцій, пов’язаних воднем.

Функція сполук

Наскільки важлива соціальна роль даних зв’язків. Розглянемо кілька речовин, які існують завдяки водневого з’єднанню. Ми будемо порівнювати ці молекули з водою. Щоб наші міркування були чесними, ми будемо вибирати для порівняння виключно неметали. Ці речовини називаються халькогеноводородами.

Наприклад, телур. Водневе з’єднання H2Te кипить при температурі -2 градуси. Що стосується, селену, то H2Se кипить при температурі -42 градуси, а сірчаний халькогеноводород H2S кипить при -60 градусів. Вражає те, що вода кипить при +100 градусах.

Дивіться також:  Зміст газу кисню в повітрі: концентрація і норма кисню, яку він виконує роль

Увага! Якщо б не було в. с., а кисень не володів настільки «чіпкими» якостями, при існуючому клімат на Землі не існувало б води в рідкому стані. Така висока температура кипіння — безпосередній наслідок водневої зв’язку.

«Зчеплення» атомів кисню з воднем показано на рисунку.


Воднева зв’язок

Але на цьому дивовижні властивості води не закінчуються. Слід також пам’ятати про її плавленні. І знову воднева зв’язок — саме із-за неї при плавленні густина починає рости. При таненні льоду, кожне десяте водневе з’єднання руйнується, з-за чого молекули води наближаються один до одного.

Типи і властивості водневої зв’язку.

Воднева зв’язок. Самопідготовка до ЄДІ і ЦТ з хімії

Висновок

Утворення водневого зв’язку впливають на кислотність речовин. Приміром, плавикова кислота НF є досить слабкою. При цьому інші галогеноводородные кислоти досить сильні. Причина цього в тому, що Н з’єднаний відразу з двома атомами F, а це не дає їм можливості відчепитися. Саме завдяки цьому, НF — єдина кислота, що утворює кислу сіль NaHF2.