Ako pogledate kronologiju proučavanja u kemijskoj znanosti sposobnosti atoma raznih elemenata da međusobno djeluju, možemo izdvojiti sredinu 19. stoljeća. Tada su znanstvenici skrenuli pozornost na činjenicu da vodikove spojeve kisika, fluora, dušika karakterizira skupina svojstava koja se mogu nazvati anomalnom.
To su, prije svega, vrlo visoke točke taljenja i vrelišta, na primjer, za vodu ili fluorovodik, koje su veće nego za druge slične spojeve. Trenutno je već poznato da su ove značajke ovih tvari određene svojstvom atoma vodika da tvore neobičnu vrstu veze s atomima elemenata koji imaju visok indeks elektronegativnosti. Zvali su ga vodik. Svojstva veze, specifičnosti njenog stvaranja i primjeri spojeva koji je sadrže glavne su točke na koje ćemo se usredotočiti u našem članku.
Razlog veze
Djelovanje sila elektrostatičke privlačnosti jefizikalna osnova za pojavu većine vrsta kemijskih veza. Poznate su vrste kemijskih veza koje su nastale međudjelovanjem suprotno nabijenih atomskih jezgri jednog elementa i elektrona drugog. To su kovalentne nepolarne i polarne veze, karakteristične za jednostavne i složene spojeve nemetalnih elemenata.
Na primjer, između atoma fluora, koji ima najveću elektronegativnost, i elektroneutralne čestice vodika, čiji je oblak od jednog elektrona u početku pripadao samo H atomu, dolazi do pomaka u gustoći negativnog naboja. Sada se sam atom vodika s pravom može nazvati protonom. Što se dalje događa?
Elektrostatička interakcija
Elektronski oblak vodikovog atoma gotovo u potpunosti prelazi prema čestici fluora i ona dobiva višak negativnog naboja. Između golog, odnosno lišenog negativne gustoće, atoma vodika - protona, i F- iona susjedne molekule fluorovodika, očituje se sila elektrostatičke privlačnosti. To dovodi do pojave međumolekularnih vodikovih veza. Zbog svoje pojave, nekoliko HF molekula može formirati stabilne suradnike odjednom.
Glavni uvjet za stvaranje vodikove veze je prisutnost atoma kemijskog elementa s visokom elektronegativnošću i vodikovog protona koji s njim djeluje. Ova vrsta interakcije je najizraženija u spojevima kisika i fluora (voda, fluorovodik), manje u tvarima koje sadrže dušik, poput amonijaka, a još manje u spojevima sumpora i klora. Primjeri vodikovih veza stvorenih između molekula također se mogu naći u organskim tvarima.
Dakle, u alkoholima između atoma kisika i vodika funkcionalnih hidroksilnih skupina također nastaju sile elektrostatičkog privlačenja. Stoga su već prvi predstavnici homolognog niza - metanol i etilni alkohol - tekućine, a ne plinovi, kao druge tvari ovog sastava i molekularne težine.
Energetska karakteristika komunikacije
Usporedimo energetski intenzitet kovalentne (40–100 kcal/mol) i vodikove veze. Primjeri u nastavku potvrđuju sljedeću tvrdnju: vrsta vodika sadrži samo 2 kcal/mol (između dimera amonijaka) do 10 kcal/mol energije u spojevima fluora. No, pokazalo se da je dovoljno da se čestice nekih tvari mogu vezati u suradnike: dimere, tetra - i polimere - skupine koje se sastoje od mnogo molekula.
Oni nisu samo u tekućoj fazi spoja, već se mogu sačuvati bez raspadanja, kada pređu u plinovito stanje. Stoga, vodikove veze, koje drže molekule u skupinama, uzrokuju nenormalno visoke točke vrelišta i tališta amonijaka, vode ili fluorovodika.
Kako se molekule vode povezuju
I anorganske i organske tvari imaju nekoliko vrsta kemijskih veza. Kemijska veza koja nastaje u procesu međusobnog povezivanja polarnih čestica, a naziva se intermolekularni vodik, može radikalno promijeniti fizikalno-kemijskikarakteristike veze. Dokažimo ovu tvrdnju razmatranjem svojstava vode. Molekule H2O imaju oblik dipola - čestica čiji polovi nose suprotne naboje.
Susjedne molekule međusobno privlače pozitivno nabijeni vodikovi protoni i negativni naboji atoma kisika. Kao rezultat ovog procesa nastaju molekularni kompleksi - suradnici, što dovodi do pojave abnormalno visokih točaka vrelišta i taljenja, visokog toplinskog kapaciteta i toplinske vodljivosti spoja.
Jedinstvena svojstva vode
Prisutnost vodikovih veza između H2O čestica je odgovorna za mnoga njegova vitalna svojstva. Voda osigurava najvažnije metaboličke reakcije - hidrolizu ugljikohidrata, proteina i masti koje se odvijaju u stanici - i otapalo je. Takva voda, koja je dio citoplazme ili međustanične tekućine, naziva se slobodnom. Zahvaljujući vodikovim vezama između molekula, formira hidratacijske ljuske oko proteina i glikoproteina, koje sprječavaju lijepljenje između polimernih makromolekula.
U ovom slučaju, voda se naziva strukturirana. Navedeni primjeri vodikove veze koja nastaje između čestica H2O dokazuju njezinu vodeću ulogu u formiranju osnovnih fizikalnih i kemijskih svojstava organskih tvari - proteina i polisaharida, u procesima asimilacije i disimilacije koji se odvijaju u živim organizmima, sustavima, kao iu osiguravanju njihove toplinske ravnoteže.
Intramolekularna vodikova veza
Salicilna kiselina je jedan od poznatih i dugo korištenih lijekova s protuupalnim djelovanjem, zacjeljivanjem rana i antimikrobnim djelovanjem. Sama kiselina, bromo derivati fenola, organski kompleksni spojevi sposobni su stvoriti intramolekularnu vodikovu vezu. Primjeri u nastavku pokazuju mehanizam njegovog nastanka. Dakle, u prostornoj konfiguraciji molekule salicilne kiseline moguće je približavanje atoma kisika karbonilne skupine i vodikovog protona hidroksilnog radikala.
Zbog veće elektronegativnosti atoma kisika, elektron čestice vodika gotovo u potpunosti pada pod utjecaj jezgre kisika. Unutar molekule salicilne kiseline javlja se vodikova veza, koja povećava kiselost otopine zbog povećanja koncentracije vodikovih iona u njoj.
Rezimirajući, možemo reći da se ova vrsta interakcije između atoma manifestira ako su skupina donora (čestica koja daruje elektron) i atom akceptora koji ga prihvaća dio iste molekule.
