Hvis du ser på kronologien af undersøgelsen i kemisk videnskab af evnen hos atomer af forskellige grundstoffer til at interagere med hinanden, kan vi fremhæve midten af det 19. århundrede. På det tidspunkt gjorde videnskabsmænd opmærksom på, at brintforbindelser af oxygen, fluor, nitrogen er karakteriseret ved en gruppe egenskaber, der kan kaldes unormale.
Dette er først og fremmest meget høje smelte- og kogepunkter, for eksempel for vand eller hydrogenfluorid, som er højere end for andre lignende forbindelser. På nuværende tidspunkt er det allerede kendt, at disse egenskaber ved disse stoffer bestemmes af hydrogenatomers egenskaber til at danne en usædvanlig type binding med atomerne af elementer, der har et højt elektronegativitetsindeks. De kaldte det brint. Egenskaberne af en binding, de særlige forhold ved dens dannelse og eksempler på forbindelser, der indeholder den, er hovedpunkterne, som vi vil fokusere på i vores artikel.
Årsag til forbindelse
Virkningen af kræfterne af elektrostatisk tiltrækning erdet fysiske grundlag for fremkomsten af de fleste typer kemiske bindinger. De typer af kemiske bindinger, der er opstået på grund af vekselvirkningen mellem modsat ladede atomkerner af et grundstof og elektroner i et andet, er velkendte. Disse er kovalente ikke-polære og polære bindinger, karakteristiske for simple og komplekse forbindelser af ikke-metalliske grundstoffer.
F.eks. mellem fluoratomet, som har den højeste elektronegativitet, og den elektronneutrale brintpartikel, hvis én-elektronsky i begyndelsen kun tilhørte H-atomet, er der et skift i den negativt ladede tæthed. Nu kan selve brintatomet med rette kaldes en proton. Hvad sker der så?
Elektrostatisk interaktion
Brintatomets elektronsky passerer næsten fuldstændigt mod fluorpartiklen, og den får en overskydende negativ ladning. Mellem det nøgne, det vil sige blottet for negativ tæthed, et brintatom - en proton, og F- ionen af det tilstødende hydrogenfluoridmolekyle, manifesteres kraften af elektrostatisk tiltrækning. Det fører til udseendet af intermolekylære hydrogenbindinger. På grund af dets forekomst kan flere HF-molekyler danne stabile associerede forbindelser på én gang.
Hovedbetingelsen for dannelsen af en hydrogenbinding er tilstedeværelsen af et atom af et kemisk grundstof med høj elektronegativitet og en brintproton, der interagerer med det. Denne type interaktion er mest udt alt i oxygen- og fluorforbindelser (vand, hydrogenfluorid), mindre i nitrogenholdige stoffer, såsom ammoniak, og endnu mindre i svovl- og klorforbindelser. Eksempler på hydrogenbindinger dannet mellem molekyler kan også findes i organiske stoffer.
I alkoholer mellem oxygen- og hydrogenatomerne i de funktionelle hydroxylgrupper opstår således også elektrostatiske tiltrækningskræfter. Derfor er allerede de første repræsentanter for den homologe serie - methanol og ethylalkohol - væsker, ikke gasser, ligesom andre stoffer med denne sammensætning og molekylvægt.
Energi karakteristisk for kommunikation
Lad os sammenligne energiintensiteten af kovalente (40-100 kcal/mol) og hydrogenbindinger. Eksemplerne nedenfor bekræfter følgende udsagn: brinttypen indeholder kun 2 kcal/mol (mellem ammoniakdimerer) til 10 kcal/mol energi i fluorforbindelser. Men det viser sig at være nok til, at nogle stoffers partikler kan binde sig til associerede: dimerer, tetra - og polymerer - grupper bestående af mange molekyler.
De er ikke kun i væskefasen af forbindelsen, men kan bevares uden at gå i opløsning, når de går over i en gastilstand. Derfor forårsager hydrogenbindinger, som holder molekyler i grupper, unorm alt høje koge- og smeltepunkter for ammoniak, vand eller hydrogenfluorid.
Hvordan vandmolekyler forbindes
Både uorganiske og organiske stoffer har flere typer kemiske bindinger. Den kemiske binding, der opstår i processen med at forbinde polære partikler med hinanden, og kaldes intermolekylært brint, kan radik alt ændre den fysisk-kemiskeforbindelsesegenskaber. Lad os bevise dette udsagn ved at overveje vandets egenskaber. Molekyler H2O har form af dipoler - partikler, hvis poler har modsatte ladninger.
Nabomolekyler tiltrækkes af hinanden af de positivt ladede brintprotoner og iltatomets negative ladninger. Som et resultat af denne proces dannes molekylære komplekser - associerede forbindelser, hvilket fører til forekomsten af unorm alt høje koge- og smeltepunkter, høj varmekapacitet og termisk ledningsevne af forbindelsen.
Vands unikke egenskaber
Tilstedeværelsen af hydrogenbindinger mellem H2O-partikler er ansvarlige for mange af dets vitale egenskaber. Vand giver de vigtigste metaboliske reaktioner - hydrolysen af kulhydrater, proteiner og fedtstoffer, der forekommer i cellen - og er et opløsningsmiddel. Sådant vand, som er en del af cytoplasmaet eller intercellulær væske, kaldes frit. Takket være hydrogenbindinger mellem molekyler danner den hydreringsskaller omkring proteiner og glykoproteiner, som forhindrer klæbning mellem polymermakromolekyler.
I dette tilfælde kaldes vandet struktureret. De eksempler, vi har givet på hydrogenbindingen, der opstår mellem partiklerne i H2O, beviser dens ledende rolle i dannelsen af de grundlæggende fysiske og kemiske egenskaber af organiske stoffer - proteiner og polysaccharider, i de processer af assimilering og dissimilering, der forekommer i levende organismer systemer, samt i at sikre deres termiske balance.
Intramolekylær hydrogenbinding
Salicylsyre er en af de velkendte og længe brugte lægemidler med antiinflammatoriske, sårhelende og antimikrobielle virkninger. Syren selv, bromderivater af phenol, organiske komplekse forbindelser er i stand til at danne en intramolekylær hydrogenbinding. Eksemplerne nedenfor viser mekanismen for dens dannelse. Så i den rumlige konfiguration af salicylsyremolekylet er tilgangen af oxygenatomet i carbonylgruppen og hydrogenprotonen i hydroxylgruppen mulig.
På grund af oxygenatomets større elektronegativitet falder brintpartiklens elektron næsten fuldstændigt under påvirkning af oxygenkernen. Der opstår en brintbinding inde i salicylsyremolekylet, hvilket øger opløsningens surhedsgrad på grund af en stigning i koncentrationen af hydrogenioner i den.
Opsummering kan vi sige, at denne type interaktion mellem atomer manifesterer sig, hvis gruppen af donoren (partikel, der donerer en elektron) og acceptoratomet, der accepterer den, er en del af det samme molekyle.
