Jos tarkastellaan kemian tieteen tutkimuksen kronologiaa eri alkuaineiden atomien kyvystä olla vuorovaikutuksessa keskenään, voimme erottaa 1800-luvun puolivälin. Tuolloin tutkijat kiinnittivät huomion siihen, että hapen, fluorin ja typen vetyyhdisteille on ominaista joukko ominaisuuksia, joita voidaan kutsua epänormaaliksi.
Nämä ovat ennen kaikkea erittäin korkeita sulamis- ja kiehumispisteitä, esimerkiksi veden tai fluorivedyn os alta, jotka ovat korkeampia kuin muilla vastaavilla yhdisteillä. Tällä hetkellä tiedetään jo, että näiden aineiden nämä ominaisuudet määräytyvät vetyatomien ominaisuudesta muodostaa epätavallinen sidos sellaisten alkuaineiden atomien kanssa, joilla on korkea elektronegatiivisuusindeksi. He kutsuivat sitä vedyksi. Sidoksen ominaisuudet, sen muodostumisen erityispiirteet ja esimerkit sitä sisältävistä yhdisteistä ovat pääkohtia, joihin keskitymme artikkelissamme.
Syy liittämiseen
Sähköstaattisen vetovoiman vaikutus onfyysinen perusta useimpien kemiallisten sidostyyppien esiintymiselle. Kemiallisten sidosten tyypit, jotka ovat syntyneet yhden alkuaineen vastakkaisesti varautuneiden atomiytimien ja toisen elektronien vuorovaikutuksesta, tunnetaan hyvin. Nämä ovat kovalenttisia ei-polaarisia ja polaarisia sidoksia, jotka ovat ominaisia ei-metallisten alkuaineiden yksinkertaisille ja monimutkaisille yhdisteille.
Esimerkiksi fluoriatomin, jolla on suurin elektronegatiivisuus, ja vedyn sähköneutraalin hiukkasen, jonka yksielektronipilvi kuului alun perin vain H-atomiin, välillä tapahtuu negatiivisesti varautuneen tiheyden muutos.. Nyt itse vetyatomia voidaan perustellusti kutsua protoniksi. Mitä tapahtuu seuraavaksi?
Sähköstaattinen vuorovaikutus
Vetyatomin elektronipilvi siirtyy lähes kokonaan fluorihiukkasta kohti ja se saa ylimääräisen negatiivisen varauksen. Paljaan, eli ilman negatiivista tiheyttä, vetyatomi - protoni ja viereisen fluorivetymolekyylin F- ionin välillä ilmenee sähköstaattisen vetovoiman voima. Se johtaa molekyylien välisten vetysidosten syntymiseen. Sen esiintymisen vuoksi useat HF-molekyylit voivat muodostaa stabiileja assosiaatioita kerralla.
Vesisidoksen muodostumisen pääehto on korkean elektronegatiivisuuden omaavan kemiallisen alkuaineen atomin ja vetyprotonin läsnäolo, joka on vuorovaikutuksessa sen kanssa. Tämän tyyppinen vuorovaikutus on selkein happi- ja fluoriyhdisteissä (vesi, fluorivety), vähemmän typpeä sisältävissä aineissa, kuten ammoniakissa, ja vielä vähemmän rikki- ja klooriyhdisteissä. Esimerkkejä molekyylien välisistä vetysidoksista löytyy myös orgaanisista aineista.
Siksi alkoholeissa funktionaalisten hydroksyyliryhmien happi- ja vetyatomien välissä syntyy myös sähköstaattisia vetovoimia. Siksi jo ensimmäiset homologisen sarjan edustajat - metanoli ja etyylialkoholi - ovat nesteitä, eivät kaasuja, kuten muutkin tämän koostumuksen ja molekyylipainon aineet.
Kommunikoinnin energiaominaisuus
Verrataan kovalenttisten (40–100 kcal/mol) ja vetysidosten energiaintensiteettiä. Alla olevat esimerkit vahvistavat seuraavan väitteen: vetytyyppi sisältää vain 2 kcal/mol (ammoniakidimeerien välillä) 10 kcal/mol energiaa fluoriyhdisteissä. Mutta se osoittautuu riittäväksi, että joidenkin aineiden hiukkaset voivat sitoutua assosioituneiksi aineiksi: dimeereiksi, tetra- ja polymeereiksi - ryhmiksi, jotka koostuvat monista molekyyleistä.
Ne eivät ole vain yhdisteen nestefaasissa, vaan ne voidaan säilyttää hajoamatta, kun ne siirtyvät kaasutilaan. Siksi vetysidokset, jotka pitävät molekyylejä ryhmissä, aiheuttavat ammoniakin, veden tai fluorivedyn epänormaalin korkeita kiehumis- ja sulamispisteitä.
Kuinka vesimolekyylit liittyvät yhteen
Sekä epäorgaanisissa että orgaanisissa aineissa on monenlaisia kemiallisia sidoksia. Kemiallinen sidos, joka syntyy polaaristen hiukkasten yhdistymisprosessissa ja jota kutsutaan molekyylienväliseksi vedyksi, voi muuttaa radikaalisti fysikaalis-kemiallisialiitännän ominaisuudet. Todistakaamme tämä väite tarkastelemalla veden ominaisuuksia. Molekyylit H2O ovat dipolien muotoisia - hiukkasia, joiden navoissa on vastakkaisia varauksia.
Naapurimolekyylit houkuttelevat toisiaan positiivisesti varautuneiden vetyprotonien ja happiatomin negatiivisten varausten vaikutuksesta. Tämän prosessin seurauksena muodostuu molekyylikomplekseja - assosiaatioita, jotka johtavat epänormaalin korkeiden kiehumis- ja sulamispisteiden, korkean lämpökapasiteetin ja yhdisteen lämmönjohtavuuden ilmaantumiseen.
Veden ainutlaatuiset ominaisuudet
H2O-hiukkasten välinen vetysidos on vastuussa monista sen elintärkeistä ominaisuuksista. Vesi tarjoaa tärkeimmät aineenvaihduntareaktiot - solussa esiintyvien hiilihydraattien, proteiinien ja rasvojen hydrolyysin - ja on liuotin. Tällaista vettä, joka on osa sytoplasmaa tai solujen välistä nestettä, kutsutaan vapaaksi. Molekyylien välisten vetysidosten ansiosta se muodostaa hydraatiokuoret proteiinien ja glykoproteiinien ympärille, mikä estää tarttumasta polymeerimakromolekyylien väliin.
Tässä tapauksessa vettä kutsutaan strukturoiduksi. Antamamme esimerkit vetysidoksesta, joka esiintyy H2O:n hiukkasten välillä, osoittavat sen johtavan roolin orgaanisten aineiden - proteiinien ja polysakkaridien, fysikaalisten ja kemiallisten perusominaisuuksien muodostumisessa. elävissä organismeissa tapahtuvissa assimilaatio- ja dissimilaatioprosesseissa, järjestelmissä sekä niiden lämpötasapainon varmistamisessa.
Molekulansisäinen vetysidos
Salisyylihappo on yksi tunnetuista ja pitkään käytetyistä lääkkeistä, joilla on anti-inflammatorisia, haavoja parantavia ja antimikrobisia vaikutuksia. Itse happo, fenolin bromijohdannaiset, orgaaniset kompleksiyhdisteet pystyvät muodostamaan molekyylinsisäisen vetysidoksen. Alla olevat esimerkit osoittavat sen muodostumismekanismin. Joten salisyylihappomolekyylin spatiaalisessa konfiguraatiossa karbonyyliryhmän happiatomin ja hydroksyyliradikaalin vetyprotonin lähestyminen on mahdollista.
Happiatomin suuremman elektronegatiivisuuden vuoksi vetypartikkelin elektroni joutuu lähes kokonaan happiytimen vaikutuksen alle. Salisyylihappomolekyylin sisällä syntyy vetysidos, joka lisää liuoksen happamuutta, koska siinä olevien vetyionien pitoisuus kasvaa.
Yhteenvetona voidaan sanoa, että tällainen atomien välinen vuorovaikutus ilmenee, jos luovuttajan ryhmä (hiukkanen, joka luovuttaa elektronin) ja vastaanottajaatomi, joka vastaanottaa sen, ovat osa samaa molekyyliä.
