Одиннадцатый класс
  1. Основные концепции химии  1.1. Важность химии  1.2. Природа и область химии  1.3. законы химического соединения  1.3.1. Закон сохранения массы  1.3.2. Закон постоянства состава  1.3.3. Закон кратных отношений  1.3.4. Закон объемов газов  1.3.5. Закон Авогадро  1.4. Атомная теория Дальтона  1.5. Понятие моля и молярная масса  1.6. Процентный состав  1.7. Эмпирическая и молекулярная формула  1.8. Стехиометрия и стехиометрические расчеты  1.9. Концепция ограничивающего реагента
  2. Структура атома  2.1. Открытие электрона, протона и нейтрона  2.2. Атомная модель  2.2.1. Модель Томсона  2.2.2. Модель Резерфорда  2.2.3. Модель Бора  2.3. Квантово-механическая модель атома  2.4. Двойственная природа материи и излучения  2.5. Принцип неопределенности Гейзенберга  2.6. Квантовые числа  2.7. Атомные орбитали и их формы  2.8. Электронная конфигурация элементов  2.9. Aufbau principle  2.10. Принцип запрета Паули  2.11. Правило максимальной мультиплетности Хунда  2.12. Гипотеза де Бройля  2.13. Фотоэлектрический эффект
  3. Классификация элементов и периодичность в свойствах  3.1. Историческое развитие периодической таблицы  3.2. Современный периодический закон и периодическая таблица  3.3. Периодические тенденции в свойствах  3.3.1. Атомный и ионный радиус  3.3.2. Энтальпия ионизации  3.3.3. Энтальпия присоединения электрона  3.3.4. Электроотрицательность  3.3.5. Валентность  3.3.6. Металлические и неметаллические свойства  3.3.7. Степени окисления  3.4. Unusual Properties of the First Elements
  4. Chemical Bonding and Molecular Structure  4.1. Подход Косселя – Льюиса к химической связи  4.2. Ionic or electrovalent bond  4.3. Ковалентная связь и ее особенности  4.4. Параметры связи  4.5. Теория ВСЭПР  4.6. Теория валентных связей  4.7. Hybridization and its types  4.8. Теория молекулярных орбиталей  4.8.1. Порядок связей и стабильность  4.9. Водородная связь
  5. Состояния вещества  5.1. Межмолекулярные силы  5.2. Газовые законы  5.2.1. Закон Бойля  5.2.2. Закон Шарля  5.2.3. Закон Авогадро  5.2.4. Dalton's law of partial pressure  5.2.5. Закон диффузии Грэма  5.3. Уравнение идеального газа и его применения  5.4. Реальные газы и отклонения от идеального поведения  5.5. Кинетическая теория газов  5.6. Сжижение газов  5.7. Свойства жидкостей  5.8. Поверхностное натяжение и вязкость
  6. термодинамика  6.1. Система и окружающая среда  6.2. Типы систем в термодинамике  6.3. Виды процедур  6.4. Первый закон термодинамики  6.5. Внутренняя энергия и энтальпия  6.6. Теплоемкость и удельная теплоемкость  6.7. Закон постоянной суммы теплот Гесса  6.8. Энтальпия диссоциации связей  6.9. Энтальпия образования и сгорания  6.10. Энтальпия раствора и нейтрализации  6.11. Спонтанность и второй закон термодинамики  6.12. Свободная энергия Гиббса и ее применения
  7. Balance  7.1. Концепция равновесия  7.2. Константа равновесия и ее приложения  7.3. Принцип Ле Шателье  7.4. Ионное равновесие в растворах  7.5. Теория кислот и оснований  7.5.1. Концепция Аррениуса  7.5.2. Концепция Бренстеда-Лоури  7.5.3. Концепция Льюиса  7.6. Шкала pH и pOH  7.7. Эффект общего иона  7.8. Гидролиз солей  7.9. Буферные растворы и их механизм действия  7.10. Равновесие растворимости малорастворимых солей
  8. Редокс-реакции  8.1. Концепции окисления и восстановления  8.2. Степень окисления и её применения  8.3. Окислительно-восстановительные реакции в терминах передачи электронов  8.4. Балансировка окислительно-восстановительных реакций (методы чисел окисления и ионо-электронный метод)  8.5. Типы окислительно-восстановительных реакций  8.6. Электрохимические ячейки и окислительно-восстановительные реакции
  9. Водород  9.1. Положение водорода в периодической таблице  9.2. Изотопы водорода  9.3. Получение водорода  9.4. Свойства водорода  9.5. Гидриды и их классификация  9.6. Вода и тяжёлая вода  9.7. Перекись водорода и ее свойства  9.8. Использование водорода и его соединений
  10. Элементы s-блока (щелочные и щелочноземельные металлы)  10.1. Элементы группы 1 - свойства и тенденции  10.2. Элементы группы 2 - свойства и тенденции  10.3. Необычные свойства лития и бериллия  10.4. Важные соединения натрия и их применения  10.5. Важные соединения магния и кальция
  11. Некоторые элементы p-блока  11.1. Общее введение в элементы р-блока  11.2. Элементы группы 13  11.2.1. Бор и его соединения  11.3. Элементы группы 14  11.3.1. Углерод и его аллотропы  11.3.2. Важные соединения углерода и кремния
  12. Органическая химия - Некоторые основные принципы и техники  12.1. Классификация и номенклатура органических соединений  12.2. Структурное представление органических соединений  12.3. Классификация органических реакций  12.4. Электронные эффекты в органической химии  12.4.1. Индуктивный эффект  12.4.2. Резонансный эффект  12.4.3. Гиперконъюгация  12.5. Механизм реакции и промежуточные виды  12.6. Очистка и качественный анализ органических соединений
  13. Углеводороды  13.1. Углеводороды  13.1.1. Получение и свойства алкенов  13.2. алкены  13.2.1. Preparation and Properties of Alkenes  13.2.2. Электрофильные реакции присоединения  13.3. Алкины  13.3.1. Подготовка и свойства алкинов  13.4. Ароматические углеводороды  13.4.1. Структура и свойства бензола  13.4.2. Электрофильные реакции замещения бензола
  14. Экологическая химия  14.1. Загрязнение окружающей среды  14.2. Атмосферное загрязнение и парниковый эффект  14.3. Загрязнение воды и методы очистки  14.4. Загрязнение почвы и его последствия  14.5. Промышленные отходы и их обработка  14.6. Стратегии контроля загрязнения

Одиннадцатый класс → Chemical Bonding and Molecular Structure ↓


Водородная связь


В захватывающем мире химии взаимодействия между атомами и молекулами помогают формировать структуру и свойства веществ. Среди различных типов химических связей водородные связи играют особенно важную роль в биологических системах и в определении свойств воды и других простых соединений. Мы изучим, что такое водородные связи, как они образуются и какие имеют последствия в реальных приложениях.

Что такое водородная связь?

Водородная связь – это тип диполь-дипольного взаимодействия между молекулами. Она называется водородной, потому что возникает, когда водород участвует в особом взаимодействии с электроотрицательными атомами. Водородная связь не является истинной связью, как ковалентная или ионная, но это сильная межмолекулярная сила и значительно сильнее, чем силы Ван-дер-Ваальса или диполь-дипольные взаимодействия.

Водородная связь может быть представлена следующим образом:

    DH ··· A

где D – атом-донор, такой как кислород, азот или фтор, который ковалентно связан с атомом водорода, а A – атом-акцептор с одиночной электронной парой, который притягивается к водороду.

Как образуются водородные связи

Водородные связи образуются из-за притяжения между атомом водорода, связанным с электроотрицательным атомом, и другим электроотрицательным атомом. Этот процесс можно объяснить следующими шагами:

  1. Электроотрицательность: Электроотрицательность – это склонность атома притягивать общие электроны. Когда водород связывается с высокоэлектроотрицательными элементами, такими как азот (N), кислород (O) или фтор (F), общие электроны притягиваются к этим элементам. Это создает частично положительный заряд на водороде и частично отрицательный заряд на других атомах.
  2. Полярная ковалентная связь: Полярная ковалентная связь образуется в результате неравномерного распределения электронов. Например, в молекуле воды (H2O) атом кислорода более электроотрицательный, чем атомы водорода, создавая дипольный момент с кислородом с частично отрицательным зарядом.
  3. Притяжение между молекулами: Частично положительный водород одной молекулы притягивается к частично отрицательному атому кислорода (или другим электронегативным атомам) соседней молекулы, формируя водородную связь.

Примеры водородной связи

Рассмотрим некоторые конкретные примеры водородной связи и поймем их возникновение и последствия на примере простых соединений.

Вода (H2O)

Вода, пожалуй, самое известное соединение, демонстрирующее водородную связь. Каждая молекула воды может образовывать четыре водородные связи с окружающей средой, что придаёт ей уникальные свойства, такие как высокая температура кипения, поверхностное натяжение и способность к растворению. Молекулярная структура воды, способствующая образованию водородной связи, выглядит следующим образом:

    O /  HH

Электронно-богатый кислород имеет слегка отрицательный заряд, а водород – слегка положительный, что вызывает образование водородных связей между молекулами воды:

    HH  / O---O /  HH

Аммиак (NH3)

Аммиак содержит азот как электроотрицательный элемент, и благодаря одиночной паре электронов на азоте он может образовывать водородные связи:

    H | H - N - H

Водородная связь в аммиаке возникает между атомом водорода одной молекулы аммиака и одиночной парой на азоте другой молекулы аммиака.

Фтороводород (HF)

Как и вода и аммиак, фтороводород проявляет водородную связь, где водород связан с высокоэлектроотрицательным фтором:

    H - F ··· H - F

Сильное притяжение между атомами водорода и фтора в различных молекулах HF объясняет водородную связь.

Значение в биологических системах

Водородные связи имеют важное значение для структуры и функции биологических молекул.

Структура ДНК

В ДНК структура двойной спирали стабилизируется водородными связями между комплементарными парами оснований. Аденин (A) соединяется с тимином (T) через две водородные связи:

    A=T

Между тем цитозин (C) образует три водородные связи с гуанином (G):

    C≡G

Эти связи позволяют ДНК сохранять свою структурную целостность, что важно для хранения и репликации генетической информации.

Белок

Водородные связи играют фундаментальную роль во вторичной структуре белков, включая альфа-спираль и бета-слоистую структуру. Они возникают между элементами основной цепи полипептида:

    C=O ··· HN

эти водородные связи значительно способствуют трехмерной структуре белков и влияют на их биологическую активность и стабильность.

Свойства, зависящие от водородных связей

Водородные связи существенно влияют на физические свойства соединений, такие как точка кипения, плавления и растворимость.

Точка кипения и плавления

Вещества с водородными связями обычно имеют более высокие точки кипения и плавления, чем ожидалось. Это связано с тем, что для разрушения межмолекулярных водородных связей требуется дополнительная энергия. Например, точка кипения воды гораздо выше, чем у других молекул аналогичного размера, таких как аммиак, но без сильной водородной связи.

Растворимость

Водородные связи значительно способствуют растворимости соединений. Поскольку вода может образовывать водородные связи, она может растворять многие другие вещества, способные образовывать водородные связи, что объясняет, почему вода часто называется универсальным растворителем.

Типы водородных связей

Водородные связи могут быть классифицированы на два типа в зависимости от природы участвующих атомов:

Межмолекулярные водородные связи

Они возникают между водородными атомами в одной молекуле и электроотрицательным атомом в другой. Примеры включают воду, где каждая молекула образует водородные связи с соседями.

Внутримолекулярные водородные связи

Они возникают внутри одной молекулы, делая её структуру стабильной. Примером является орто-нитрофенол, где водород из гидроксильной группы (-OH) образует связь с кислородом в нитрогруппе (-NO2).

Применение водородных связей

Водородные связи имеют широкие практические применения, от фармацевтики до материаловедения.

Лекарства

Многие препараты используют водородные связи для повышения своей эффективности и связываемости с биологическими мишенями, обеспечивая правильное физиологическое действие.

Физика

Разработка новых материалов для экологических применений, таких как очистка воды, часто полагается на водородные связи для содействия специфическим взаимодействиям с растворенными веществами или загрязнителями.

Заключение

Водородные связи, хотя и считаются слабейшим взаимодействием по сравнению с ковалентными и ионными связями, играют важную роль в определении структуры и свойств соединений. Их роль в биологических молекулах незаменима, что делает их центральными для жизни на Земле. Постигая и применяя водородные связи, ученые и инженеры продолжают инновации в различных областях.


Одиннадцатый класс → 4.9


U
username
0%
завершено в Одиннадцатый класс

← Предыдущий (4.8.1)
Порядок связей и стабильность
Следующий (5) →
Состояния вещества

Комментарии 



Водородная связь

https://www.chemistryelite.com/g11/4.9?ceal=ru