Yıldız haberleri
Hidrojen bağlarına sahip molekül çiftleri. Kimya. Su molekülünde hidrojen bağı
giriiş
Çeşitli heteropolar ve homeopolar bağlara ek olarak, son yirmi yılda kimyagerlerin artan ilgisini çeken başka bir özel bağ türü daha vardır. Buna hidrojen bağı denir. Bir hidrojen atomunun iki elektronegatif atom (F, O, N, daha az sıklıkla Cl ve S) arasında bir bağ oluşturabileceği ortaya çıktı. Bu bağın, X'in elektronegatif bir atom veya grup olduğu (örneğin, HCN'de, florokarbonlarda) HCX3 tipi bileşiklerde bir karbon atomuna bağlanan bir hidrojen atomu tarafından oluşturulduğu bilinen durumlar vardır. Şu anda hidrojen bağının doğası henüz tam olarak aydınlatılmamış olsa da, bununla ilgili kesin bir fikir şimdiden oluşturulabilir.
En az biri serbest elektron çiftine sahip olan elektronegatif atomlar arasında bir hidrojen bağı oluşur, örneğin:
Hidrojen bağı tüm kimyayı kapsayan küresel bir olgudur.
1. Hidrojen bağının özü ve doğası
Hidrojen bağının ilk bilimsel yorumu, 1920 yılında, kovalent bağlar doktrininin kurucusu, asitler ve bazlar teorisinin yazarı G. Lewis'in laboratuvarında çalışan W. Latimer ve W. Rodebush tarafından yapılmıştır. organik kimyada verimli olan genelleştirilmiş elektron çifti kavramı. Yazarlar, suyun özel fiziksel ve kimyasal özelliklerinin nedenini, özü bir molekülün hidrojen atomunun başka bir molekülün oksijen atomunun elektron çifti ile etkileşimi olan bir hidrojen bağının varlığıyla açıkladılar. Bu durumda hidrojen atomu aynı anda iki oksijen atomuna kovalent ve hidrojen bağlarıyla bağlanır:
Sonraki tüm zamanlarda, günümüze kadar, hidrojen bağının yorumlanmasına yönelik temel yaklaşım değişmedi; paylaşılmayan proton kavramı sarsılmaz kaldı. Uzun vadeli ve yoğun araştırmalar, bileşiklerin yapısının H-bağları oluşturma eğilimi üzerindeki etkisini açıklığa kavuşturmayı mümkün kıldı, ikincisinin elektronik doğasına bir miktar açıklık getirdi ve bunların tanımlanması için güvenilir yöntemler buldu. Ve en önemlisi, H-bağlarının maddelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için geniş genellemeler yapılmıştır. Butlerov'un "yapı özellikleri belirler" tezi, bir H bağının oluşma olasılığı ve bunun belirli özelliklere katkısı dikkate alınarak ortaya çıkarılmıştır. Aşağıda hidrojen bağı problemiyle ilgili konuları incelemek için son materyal bulunmaktadır.
Modern terminolojiye göre, bir proton donörü (Brønsted asidi, elektron alıcısı) bir proton alıcısı (baz, elektron donörü) ile etkileşime girdiğinde bir hidrojen bağı oluşumu meydana gelir. Tartışılan süreçlerin şematik bir temsili için, proton donör molekülü A-H'yi (ve hidrojene kovalent olarak bağlanan atomun doğasını belirtmenin gerekli olduğu durumlar için R-X-H) göstereceğiz. Proton alıcısını belirtiyoruz: B (hem bir bütün olarak bazın hem de yalnız bir elektron çiftine sahip atomun sembolik adı) veya B-Y. Kabul edilen sembolizm dikkate alındığında, bir hidrojen bağı, bir molekülün X-H grubu ile diğerinin B atomu arasında değersiz bir etkileşim olarak temsil edilebilir, bunun sonucunda moleküller arası bir hidrojen bağına sahip kararlı bir A-H...B kompleksi oluşur. Hidrojen atomunun A ve B parçalarını birbirine bağlayan bir köprü rolünü oynadığı oluşur. Şu ana kadar belirli bir bağın hidrojen bağı olarak adlandırılması gereken kesin bir yaklaşım bulunmadığını unutmayın. Çoğu yazar, hidrojen bağı kavramını, hidrojen atomu ile elektron donörü B, yani H...B bağı arasında meydana gelen ek etkileşim olarak adlandırır. Diğer yazarlar hidrojen bağı kavramından X-H...B zincirinin tamamı, yani X ve B atomları arasında bir hidrojen köprüsü yoluyla bağlantı olarak söz ederler. Çoğunluğa odaklanarak, bir hidrojen bağının özelliklerini (uzunluk, enerji) H...B bağına atfedeceğiz ve ikincisinin oluşumunun X-H kovalent bağının durumunu etkilemekten başka bir şey yapamayacağını kabul edeceğiz.
Hidrojen bağını incelemenin ilk aşamalarında, bir hidrojen köprüsünün yalnızca yüksek elektronegatifliğe sahip atomlar (F, O, N) arasında oluşturulduğuna inanılıyordu. Son yıllarda, araştırmacıların elinde daha gelişmiş ekipmanlar ortaya çıktığında, atomların - hidrojen bağı ortaklarının aralığı önemli ölçüde genişletildi (Cl, S ve diğerleri). X atomu, hidrojen atomundan daha elektronegatif olan ve hidrojen atomuyla (örneğin bir karbon atomu) düzenli bir kimyasal bağ oluşturan herhangi bir atom olabilir. Hem yalnız elektron çiftlerine sahip atomlar (bazı durumlarda argon ve ksenon bile) hem de π bağlarına sahip bileşikler, bir hidrojen atomunun alıcısı olarak hareket edebilir.
Potansiyel olarak bir H bağı oluşturabilen bileşiklerin doğasını dikkate aldığımızda, bir hidrojen bağı oluşumunun, protolitik reaksiyonlarda proton transferinin ilk aşamasını belirleyen bir asit-baz etkileşimi olarak temsil edilebileceğini kolaylıkla görebiliriz.
A-H + :BA-H…BA-…H-B + A- + HB +Bu tür etkileşimler asit çözeltilerinde gözlenir. A-H ürünü belirgin bir asitliğe sahip olmadığında veya uygun bir çözücünün bulunmadığı durumlarda, asit-baz etkileşimi süreci moleküler kompleks aşamasında durur.
H-bağlarının evrensel olarak tanınmasına rağmen, literatürde bu olgunun doğasına ilişkin birleşik bir bakış açısı oluşturulmamıştır. Konu halen tartışmalı olmaya devam ediyor. Hidrojen bağlarının oluşumunu belirleyen kuvvetlerin doğasına ilişkin modern bir bakış açısı sunmadan önce, bu sürece eşlik eden en önemli deneysel gerçeklere dikkat çekiyoruz.
I. Hidrojen bağları oluştuğunda, ısı açığa çıkar; H bağı enerjisinin termokimyasal ölçümü. Bu özellik, hidrojen bağlarını incelemek için spektral yöntemleri kalibre etmek için kullanılır.
II. Hidrojen bağı oluşumuna katılan komşu atomlar arasındaki mesafe, van der Waals yarıçaplarının toplamından önemli ölçüde daha azdır. Dolayısıyla suda O-H...O sistemindeki oksijen atomları arasındaki mesafe 0,276 nm'dir. O-H kovalent bağının uzunluğunun 0,1 nm olduğunu varsayarsak, H...O bağının uzunluğu 0,176 nm olacaktır, yani bu atomlar arasındaki kovalent bağdan önemli ölçüde (yaklaşık %70) daha uzundur. . Bununla birlikte H...O bağının, hidrojen ve oksijen için sırasıyla 0,12 ve 0,14 nm olan van der Waals yarıçaplarının toplamından önemli ölçüde daha kısa olduğu ortaya çıktı. Son durum bir
Bu, moleküller arasında hidrojen bağlarının oluşumunu gösteren kriterlerden biridir.
III. Hidrojen bağı, X-H bağının uzunluğunu arttırır, bu da IR spektrumunda karşılık gelen germe titreşim bandının daha düşük frekanslara doğru kaymasına yol açar. IR spektroskopisi yöntemi, hidrojen bağını incelemek için ana yöntemdir.
IV. Bir hidrojen bağı oluştuğunda, X-H bağının polaritesi artar, bu da R-X-H ve B-Y moleküllerinin dipollerinin vektör eklenmesiyle elde edilen hesaplanan verilerle karşılaştırıldığında moleküler kompleksin dipol momentinde bir artışa yol açar.
V. Hidrojen bağında yer alan protonlar, daha düşük bir elektron yoğunluğu ile karakterize edilir, bu nedenle korumaları kaldırılır, bu da 1H NMR spektrumundaki karşılık gelen rezonans sinyallerinin zayıf bir alana önemli ölçüde kaymasına yol açar. Proton manyetik rezonansı, IR spektrumları ile birlikte H-bağı oluşumuna karşı en duyarlı olanıdır.
VI. Moleküller arası hidrojen bağları için, artan solvent polaritesi ile moleküler kompleks iyon çiftinin asit-baz dengesinde sağa doğru bir kayma tespit edildi.Bunlara ek olarak, hidrojen bağlarının diğer yapısal ve spektroskopik özellikleri de kaydedilmiştir; bunlar bir yandan ikincisini tanımlamak, diğer yandan elektronik doğalarını deşifre etmek için kullanılır. Bir hidrojen bağı yalnızca bir hidrojen atomu elektronegatif bir atoma bağlandığında oluştuğundan, daha önce bir hidrojen bağının doğasının R-X - d -H + d ...B tipi bir dipol-dipol etkileşimine indirgendiği varsayılmıştı. - d -Y, buna elektrostatik etkileşim de denir. Bu varsayım, en güçlü hidrojen bağlarının, en elektronegatif elementlerle ilişkili hidrojen atomları tarafından oluşturulduğu gerçeğiyle desteklenmektedir. Spesifik olmayan dipol-dipol etkileşimiyle karşılaştırıldığında (yaklaşık 10 kat) hidrojen bağının daha yüksek kuvveti, diğer dipole daha yakın hareket edebilmesi nedeniyle hidrojen atomunun küçük boyutuyla açıklanabilir. Dipol modeli aynı zamanda hidrojen bağının doğrusal geometrisini de açıklar, çünkü atomların doğrusal düzenlenmesinde çekici kuvvetler maksimum, itici kuvvetler ise minimumdur.
Ancak hidrojen bağları çalışmasında kaydedilen tüm deneysel gerçekler yalnızca dipol-dipol etkileşimine dayanarak açıklanamaz. Hidrojen bağının enerjisi ile etkileşen moleküllerin dipol momenti veya polarize edilebilirliği arasında düzenli bir ilişki olduğunu fark etmek mümkün değildir. Hidrojen bağlarının kısa uzunluğu, van der Waals yarıçaplarının önemli ölçüde örtüştüğünü gösterir. Ve basit bir elektrostatik model, dalga fonksiyonlarının örtüşmesini ve moleküller birbirine yaklaştığında elektron yoğunluğunun yeniden dağılımını hesaba katmaz. Bu sorunlar, elektron donörü B'nin elektron alıcısı A-X-H ile donör-alıcı etkileşimi nedeniyle hidrojen bağının doğada kısmen kovalent olduğu varsayılarak çözülebilir. X atomundaki elektron yoğunluğunda bir artış, bir aracı olan bir hidrojen köprüsü aracılığıyla meydana gelir. Bu durumda hidrojen atomunun bağlanmayan yörüngesinin kısmen doldurulmasına izin verilir.
Kimyasal bağlar sadece atomlar arasında değil aynı zamanda moleküller arasında da oluşur. Bu iletişim türlerinden biri hidrojen bağı hidrojen içeren moleküller ile hidrojen atomuna kovalent bir polar bağ ile bağlanan yüksek elektronegatifliğe sahip bir element arasında ortaya çıkan (paylaşılan elektron çifti daha elektronegatif bir atoma kaydırılır ve hidrojen atomu kısmen pozitif yüklü hale gelir): HF; H2O; NH3; HC1; H 2 S vb.
Konsept elektronegatiflik(kimyasal bağlardaki atomların elektronları çekme yeteneği) ilk kez 1932'de Amerikalı kimyager L. Pauling tarafından uygulamaya konuldu. Kimyacılar sıklıkla göreceli elektronegatiflik değerlerini kullanırken, farklı yöntemlerle belirlenen elektronegatifliğin mutlak değerleri birbirinden biraz farklıdır. Genel olarak, periyodik tablo boyunca açık bir ilişki izlenebilir - kimyasal elementlerin elektronegatifliği periyotlarda soldan sağa doğru artar (elementin atom numarası arttıkça) ve gruplarda yukarıdan aşağıya doğru azalır.
Ametaller en yüksek elektronegatifliğe sahiptir:
F - 3,98; O-3.44; Cl - 3.16; N-3.04; Br-2,96; ben - 2,66; S - 2,58; C, Se - 2,55; H-2.20.
Kimyasal elementlerin elektronegatiflik tablosu(gerçek boyuttaki tabloya bakın).
Bir hidrojen bağında donör rolü, kısmi negatif yüke ve serbest elektron çiftlerine sahip olan elektronegatif bir element tarafından oynanır; Alıcının rolü hidrojen atomuna atanır.
Elektronegatifliği hidrojeninkine yakın olan elementlerle hidrojen bileşiklerinde hidrojen bağı oluşmaz: CH4; PH3...
Bir su molekülünde hidrojen bağı oluşum mekanizmasını izleyelim. O - H kovalent bağı oldukça polar olduğundan, hidrojen atomunda kısmi bir pozitif yük ve oksijen atomunda kısmen negatif bir yük oluşur, bu da hidrojen elektronunun kuvvetli bir şekilde yer değiştirmesine yol açarken, yörüngesi de ortaya çıkar. pratik olarak serbesttir ve atomun serbest elektron çifti, başka bir su molekülünün oksijeni ile etkileşime girmeye başlar - bu, hidrojen atomlarından birinin, biri ile bağlandığı iki elektronegatif oksijen atomu arasında yer aldığı bir hidrojen bağıdır. kovalent bir bağ.
Hidrojen bağları sayesinde moleküller birleşerek ortaklar.
Hidrojen bağının kuvvetinin yaklaşık olarak kovalent bağdan birkaç kat daha az olduğu söylenmelidir (bunu kırmak için 10-100 kJ/mol enerji yeterlidir). Ancak buna rağmen hidrojen bağlarının bileşiklerin kaynama noktası, erime noktası ve sudaki çözünürlük gibi fizikokimyasal özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Örneğin, hidrojen bağına sahip maddeler (su, düşük molekül ağırlıklı alkoller, amonyak vb.) oldukça yüksek kaynama noktalarına sahiptir, çünkü birden fazla hidrojen bağını kırmak için ek enerji gerekir.
Çözücü moleküllerle hidrojen bağları oluşturabilen maddeler iyi çözünürlüğe sahiptir. Hidrojen bağları da doğada oldukça yaygındır ve sıklıkla protein bileşiklerinde ve nükleik asitlerde bulunur. Vücuttaki metabolizma sürecinde hidrojen bağları da oluşur ve kırılır.
Doğa
Hidrojen bağı genellikle, etkileşim halindeki dipollerin yakınlığına izin veren hidrojenin küçük boyutuyla güçlendirilmiş bir elektrostatik etkileşim olarak görülür. Bu daha sonra bir tür donör-alıcı bağı, bir hidrojen atomu arasındaki değersiz bir etkileşim olarak konuşulur. H bir atoma kovalent olarak bağlı A gruplar AH moleküller RA-H ve elektronegatif bir atom B başka bir molekül (veya aynı molekülün fonksiyonel bir grubu) BR". Bu tür etkileşimlerin sonucu komplekslerdir RA-H BR" Hidrojen atomunun parçaları birbirine bağlayan bir "köprü" görevi gördüğü değişen derecelerde stabilite R.A. Ve BR".
Ayrı bir tür olarak ayırt edildiği hidrojen bağının özellikleri, çok yüksek mukavemeti olmaması, özellikle organik bileşiklerde yaygınlığı ve önemi ile küçük boyut ve ek eksikliği ile ilişkili bazı yan etkilerdir. Hidrojendeki elektronlar.
Özellikler
Bir hidrojen bağının enerjisi, geleneksel bir kovalent bağın enerjisinden önemli ölçüde daha azdır (40 kJ/mol'ü aşmaz). Ancak bu enerji moleküllerin birleşmesini, yani dimer veya polimer oluşturmasını sağlamak için yeterlidir. Hidrojen florür, su ve amonyak gibi maddelerin anormal derecede yüksek erime ve kaynama sıcaklıklarına neden olan moleküllerin birleşimidir.
Bu tip bir bağ, iyonik ve kovalent bağlardan daha zayıf olmasına rağmen yine de molekül içi ve moleküller arası etkileşimlerde çok önemli bir rol oynar. Hidrojen bağları suyun ve birçok organik sıvının (alkoller, karboksilik asitler, karboksilik asit amidleri, esterler) fiziksel özelliklerini büyük ölçüde belirler.
Hidrojen bağının gücü (kompleks oluşumunun entalpisi) kompleksin polaritesine bağlıdır ve hidrojen halojenür moleküllerinin inert gazlarla kompleksleri için ~ 6 kJ/mol ile iyon moleküler kompleksleri için 160 kJ/mol arasında değişir. (AHB) ±; evet, kompleks için (H20HOH2) + eğitimli H2O Ve H3O+- Gaz fazında 132 kJ/mol.
Suda
Grotthus mekanizması
Nükleik asitlerde ve proteinlerde
Hidrojen bağı, proteinler ve nükleik asitler gibi biyolojik olarak önemli maddelerin özelliklerini büyük ölçüde belirler. Özellikle protein, RNA ve DNA moleküllerindeki ikincil yapı elemanları (örneğin α-helisler, β-tabakalar) ve üçüncül yapı hidrojen bağları ile stabilize edilir. Bu makromoleküllerde hidrojen bağları aynı makromolekülün parçalarını birbirine bağlayarak onun belirli bir şekle katlanmasına neden olur. Örneğin, DNA'nın çift sarmal yapısı, büyük ölçüde, bir tamamlayıcı ipliği diğerine bağlayan nükleotid çiftlerini birbirine bağlayan hidrojen bağlarının varlığıyla belirlenir.
Polimerlerde
Pek çok polimer omurgalarındaki hidrojen bağlarıyla güçlendirilir. Sentetik polimerler arasında en iyi bilinen örnek, malzemenin kristalleşmesinde hidrojen bağlarının önemli bir rol oynadığı naylondur. Hidrojen bağları, yapay olarak üretilen polimerlerin (selüloz gibi) yapısında ve ağaç, pamuk, keten gibi doğada birçok farklı formda da önemlidir.
Ayrıca bakınız
Notlar
Edebiyat
- Kimyasal Ansiklopedisi. Sovyet Ansiklopedisi, M., 1988
- V. V. Moskova. Organik kimyada hidrojen bağları. Soros eğitim dergisi, 11999, N 2, s.58-64
| Kimyasal bağ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|||||||
| Moleküller arası etkileşim |
|||||||
Wikimedia Vakfı. 2010.
Hidrojen Evrendeki en basit kimyasal elementtir. Atomu çekirdekte sadece bir proton ve bir elektrondan oluşur. Fiziksel ve kimyasal basitliğine rağmen hidrojen evrenin ana unsurudur, onun sayesinde yıldızlar yanar ve parlar, gezegenimiz suyla kaplıdır ve en karmaşık organik bileşikler Evrendeki en şaşırtıcı fenomene yol açmıştır.
Temas halinde
Maddenin özellikleri
Doğada periyodik tablonun diğer elementlerinde hidrojeni her yerde bulabilirsiniz. Böyle bir bileşiğin en çarpıcı örneği gibi bir maddedir.
Hidrojenin üç izotopu vardır:
- protium H (periyodik tablonun ilk elementi, hepimizin bildiği hidrojen);
- döteryum (çekirdeğinde yalnızca bir proton değil, aynı zamanda bir nötron da içeren sözde ağır hidrojen);
- trityum, çekirdeği bir proton ve iki nötrondan oluşan radyoaktif bir hidrojen izotopudur.
Hidrojen bağı karakteristiktir ve çoğu organik bileşikte mevcuttur. Hidrojen klorla birleşerek perklorik asiti, oksijenle suyu, nitrojenle birleşerek amonyağı oluşturur. 19. yüzyılın sonunda keşfedilen bu fenomen, Rus kimyagerler M. Ilyinsky ve N. Beketov tarafından keşfedildi.
Bilim adamları, hidrojen içeren bir grup atomun, çoğunlukla belirli bir molekülün parçası olabilecek negatif yüklü bir atomla kararlı ilişkiler oluşturduğunu bulmuşlardır (aynısının bile olması mümkündür). Bu ek "bağlanmaya" hidrojen bağı denir.
Olayın doğası
Bir hidrojen bağını (h.s.) tanımlayalım. Bu, bir hidrojen atomu tarafından gerçekleştirilen negatif yüklü molekül parçacıkları arasındaki etkileşimdir.
Bir çizgi kovalent tipte bir bağı ve üç nokta da bir hidrojen bağını gösteriyorsa, o zaman v.s'yi sembolik olarak gösterebiliriz. A ve B molekülleri arasında şu şekilde: .
Bu atomlar arası olgunun doğasını anlamak oldukça basittir. Bir H atomu pozitif yük δ+ taşır; eğer yolda δ− yüküne sahip negatif yüklü bir atomla karşılaşırsa, onunla elektrostatik temasa girer.
Önemli!Çoğu zaman, vs. kovalent olanlarla karşılaştırıldığında belirgin şekilde daha zayıftır. Ancak katı ve sıvılarda bulunan parçacıkların standart moleküler çekimlerinden çok daha güçlüdürler.
Kovalanlık
V.S. Tamamen farklı bir molekül çiftinin iki parçacığı içinde oluşabildiğinden, hidrojen kimyasalı moleküler bir bağ değildir. Yön ve doygunluk özelliği v.s.'nin özelliklerinden biridir ve bu da onu kovalent'e çok benzer kılar. Birçok teoride vs. bir tür olarak kabul edilir ve bu durum sonuçları hiçbir şekilde etkilemez, dolayısıyla bu görüş doğru kabul edilebilir. Üstelik V.S.'nin doğası. kovalent'e çok yakındır.
Bu, moleküllerin içindeki yörüngeleri hesaplayan geleneksel kimyasal yöntemler kullanılarak kolayca gösterilebilir. Bu hesaplamada üç merkezli iki elektronlu bağları temsil edecektir. Bu, BC'yi kovalent bir çeşit olarak sınıflandırmanın bilime aykırı hiçbir şey taşımadığını bir kez daha kanıtlıyor.
Eğitim süreci
Eğitimin yolu nedir? Hidrojen bağları, biri serbest elektron çiftine sahip olan elektronegatif atomlar arasında oluşur.
V.s.'nin en ikna edici işareti. H atomu ile ikinci atom arasındaki mesafedir. Mesele şu ki, atomlar arasındaki mesafe iki atom yarıçapının toplamından daha azdır. Sık görülen asimetriye rağmen ('de mesafe mesafeyi aşıyorsa), atomların yarıçaplarının toplamı hala aralarındaki mesafeden daha büyüktür.
Evet, vs.'de asimetri. Yaygındır ancak HF gibi simetrik tasarımlar da vardır. Sistemdeki birinci ve ikinci atom arasındaki açı 180 dereceye yakındır. Hidrojen florür HF'yi hatırlayarak, florlu bileşiğin en güçlülerden biri olduğunu belirtmekte fayda var. HF simetrik tipte bir iyondur 
. İçerisindeki hidrojen bileşiklerinin enerjisi bir mol başına yaklaşık 150 kilojoule'dür. Hidrojen florürün kovalent bağı yaklaşık olarak aynıdır. Suda H 2 O w.s. çok daha az - mol başına yaklaşık 20 kilojoule.
Parçacıkların hidrojen yoluyla birleştirilmesi çok sayıda farklı bileşikte bulunur. Kimyasal bağlar genellikle flor, nitrojen ve ikincisi en elektronegatif elementler olduğundan arasında meydana gelir. Nadiren klor, kükürt ve diğer metal olmayan elementler arasında bulunur.
Önemli! Azot ve oksijen yaşamın temelidir; bu elementler özellikle karbonhidratlarda, proteinlerde ve nükleik asitlerde yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Bu maddeler arasında H atomu aracılığıyla güçlü bir temas olmasaydı Dünya'da yaşam mümkün olmazdı.
Moleküller arası hidrojen bağı, bir molekülü diğerine H atomu aracılığıyla bağlayan güçlü bir yapının oluşumudur. Çarpıcı bir örnek formik asittir. İki veya daha fazla basit molekülden (dimer) oluşan bir moleküldür.
Molekül içi hidrojen, H atomunun bir molekül içindeki bağlantı bağı olduğu bir türdür.
Aynı durum gaz halindeki hidrojen florür için de geçerlidir. Hidrojen aracılığıyla birbirine bağlanan dört basit HF molekülünden oluşabilen polimer yapıları içerir.
Hidrojenin moleküller arası yapısının örneklerini aramaya gerek yok: Glikoz, fruktoz ve sakkarozun sulu bir çözelti içindeki çözünürlüğü, hidrojen ve onun bağlanma özellikleri yardımıyla tam olarak açıklanmaktadır. Canlı organizmaların moleküler yapıları (örneğin bir molekül), hidrojene bağlı milyonlarca karmaşık yapıyı içerir.
Bağlantılar işlevi
Bu bağlantıların sosyal rolü ne kadar önemlidir? Hidrojen bağı nedeniyle var olan çeşitli maddelere bakalım. Bu molekülleri suya benzeteceğiz. Düşüncelerimizi adil tutmak için karşılaştırma amacıyla yalnızca metal olmayanları seçeceğiz. Bu maddelere kalkojen hidrojenler denir.
Örneğin tellür. Hidrojen bileşiği H2Te -2 derece sıcaklıkta kaynar. Selenyum gelince, H2Se -42 derece sıcaklıkta kaynar ve kükürt kalkojen hidrojen H2S -60 derecede kaynar. Şaşırtıcı olan, suyun +100 derecede kaynamasıdır.
Dikkat! Su olmasaydı ve oksijen bu kadar "inatçı" niteliklere sahip olmasaydı, mevcut iklim altında Dünya'da sıvı su olmazdı. Bu yüksek kaynama noktası hidrojen bağının doğrudan bir sonucudur.
Oksijen atomlarının hidrojen ile "bağlanması" aşağıdaki resimde gösterilmektedir.
Ancak suyun şaşırtıcı özellikleri burada bitmiyor. Erimesini de unutmamalısınız. Ve yine hidrojen bağı - bu nedenle erime sırasında yoğunluk artmaya başlar. Buz eridiğinde her onuncu hidrojen bağından biri yok olur ve bu da su moleküllerinin birbirine yaklaşmasına neden olur.
Hidrojen bağlarının çeşitleri ve özellikleri.
Hidrojen bağı. Kimyada Birleşik Devlet Sınavı ve CT için kendi kendine hazırlık
Çözüm
Hidrojen bağlarının oluşumu maddelerin asitliğini etkiler. Örneğin hidroflorik asit HF oldukça zayıftır. Ancak diğer hidrohalik asitler oldukça güçlüdür. Bunun nedeni H'nin iki F atomuna aynı anda bağlı olması ve bu durumun onlara ayrılma fırsatı vermemesidir. Bundan dolayı HF, NaHF2 asit tuzunu oluşturan tek asittir.
Yapı hidrojen bağı bunu size bir örnekle açıklayacağız etkileşim Su molekülleri kendi aralarında.
Su molekülü dipol. Bu durum atomun hidrojen daha fazlası ile ilişkili elektronegatif eleman oksijen sahip olmak, deneyimlemek kusur elektronlar ve bu nedenle yetenekli etkileşim başka bir su molekülünün oksijen atomu ile.
Sonuç olarak etkileşim ortaya çıkar hidrojen bağı (Pirinç. 2.1):
2.1. Su molekülleri arasında hidrojen bağı oluşum mekanizması
Bu şu şekilde açıklanmaktadır: hidrojen atomu daha fazlası ile ilişkili elektronegatif eleman olan yalnız elektron çifti(azot, oksijen, flor vb.), testler kusur elektronlarla etkileşime girebilir ve bu nedenle paylaşılmamış bir çift elektron başka bir elektronegatif atom Bu veya bir diğer moleküller.
Sonuç olarak ayrıca hidrojenbağlantı grafiksel olarak gösterilen üç nokta(Pirinç.):
Pirinç. 2.2. Bir proton (H) arasında bir hidrojen bağı oluşum mekanizması . δ + ) ve daha fazla elektronegatif kükürt atomu (:S δ - ), oksijen (:Ö δ - ) ve nitrojen (:N δ - )
Bu bağlantı önemli ölçüde daha zayıf diğer kimyasal bağlar ( enerji onun eğitimi 10-40kJ/mol) ve esas olarak elektrostatik ve donör-alıcı etkileşimleri tarafından belirlenir.
Hidrojen bağı şu şekilde olabilir moleküliçi, Bu yüzden moleküller arası.
2.1.4. Hidrofobik etkileşimler
Doğayı düşünmeden önce hidrofobik etkileşim kavramının tanıtılması gerekmektedir. hidrofilik" Ve " hidrofobik" fonksiyonel gruplar.
Su molekülleri ile hidrojen bağı kurabilen gruplara denir. hidrofilik.
Bu gruplar şunları içerir: kutupsal gruplar: amino grubu (-N.H. 2 ) , karboksil(- COOH), karbonil grubu(- ÇHO) Ve sülfidril grup ( - SH).
Genellikle, hidrofilik bağlantılar iyi çözünür Suda. !!! Bunun nedeni polar grupların su molekülleriyle hidrojen bağları oluşturabilmesidir. .
Dış görünüş bu tür bağlantılar eşlik ediyor enerjinin serbest bırakılması bu yüzden bir eğilim var temas yüzeyinde maksimum artış yüklü gruplar ve su ( Pirinç. 2.3):
Pirinç. 2.3. Hidrofobik ve hidrofilik etkileşimlerin oluşum mekanizması
Su ile hidrojen bağı oluşturamayan molekül veya molekül parçalarına denir. hidrofobik gruplar.
Bu gruplar şunları içerir: alkil Ve aromatik radikaller kim polar olmayan Ve taşıma elektrik şarjı.
Hidrofobik gruplar – Kötü ya da hiç çözünür Suda.
Bu şu şekilde açıklanmaktadır: atomlar Ve atom grupları dahil hidrofobik gruplar elektriksel olarak nötr ve bu nedenle) yapamamak biçim hidrojen bağları su ile.
!!! Hidrofobik etkileşimler, su molekülleri arasındaki hidrojen bağlarını kıramayan polar olmayan radikaller arasındaki temastan kaynaklanır.
Sonuç olarak su molekülleri tarafından sıkıştırılıyor yüzey hidrofilik moleküller ( Pirinç. 2.3).
2.1.5. Van der Waals etkileşimleri.
Moleküllerde ayrıca çok zayıf ve kısa vadeli çekici kuvvetler elektriksel olarak nötr atomlar ve fonksiyonel gruplar arasında.
Bunlar sözde van der Waals etkileşimleri.
Şartlandırılmışlar elektrostatik etkileşimNegatif yüklü elektronlar arasında biratom ve pozitif yüklü çekirdek bir diğeratom.
Atom çekirdeğinden beri korumalı onları kendileriyle çevrelemek elektronlar Komşu atomların çekirdeklerinden, daha sonra farklı atomlar arasında ortaya çıkan van der Waals etkileşimçok küçük.
Bütün bu etkileşim türleri yer almak formasyon, sürdürmek Ve stabilizasyon mekânsal yapı ( konformasyon) protein molekülleri ( Pirinç. 2.4):
Pirinç. 2.4. Kovalent bağların ve zayıf kovalent olmayan etkileşimlerin oluşum mekanizması:1 - elektro-statik etkileşimler;2 - hidrojen bağları;3 – hidrofobik etkileşimler,4 - Disülfür bağları
Katkıda bulunan güçler proteinlerin mekansal yapısının oluşumu ve stabil bir durumda tutulması, çok zayıflar kuvvetler. Bu kuvvetlerin enerjisi 2-3 büyüklük sırası kovalent bağların enerjisinden daha azdır. Bireysel atomlar ve atom grupları arasında hareket ederler.
Bununla birlikte, biyopolimer (protein) moleküllerindeki çok sayıda atom, bu zayıf etkileşimlerin toplam enerjisinin kovalent bağların enerjisiyle karşılaştırılabilir hale gelmesine yol açmaktadır.
