Водородная связь.
F F
H H H H H
F F F
Образованием водородной связи можно объяснить существование очень устойчивого аниона НF2–, состоящего из двух ионов F–, соединенных протоном (F … H – F)–. Аналогичный ион НCl2– мало cтабилен, так как электроотрицательность хлора ЕСl=3 значительно ниже электроотрицательности фтора ЕF =4.
Благодаря водородной связи, например, муравьиная кислота в газообразной фазе существует в виде димера. O … H–O
H–C C–H
O–H … O
В жидкой фазе ряд органических кислот (муравьиная, уксусная, хлоруксусная) образуют ассоциаты двух типов: цепи и циклические.
В твердом состоянии все эти кислоты образуют цепные молекулы.
… O
C–CH2Cl
O … HO
ClH2C–C
OH … O
C–CH2Cl
O … HO
ClH2C–C–OH …
Cпособность молекул к ассоциации отличает воду, аммиак, спирт и другие жидкости от неассоциированных жидкостей, например, углеводородов. Ассоциация приводит к повышению температуры плавления, температуры кипения, теплоты парообразования, изменению растворяющей способности и т.д. Если бы вода не образовывала ассоциатов, то имела бы температуру замерзания –100 0С, а температуру кипения –80 0С. (рис.4.35.)
Водородные связи в структуре воды и льда играют важную роль. В кристалле льда (Н2О)n каждая молекула воды тетраэдрически соединена водородными связями с четырьмя ближайшими к ней молекулами. Такую структуру в плоскостном изображении можно представить следующей схемой.
Н
 |
Н–О
Н Н
О–Н … О–Н … О–Н
Н Н–О
Н
Это создает ажурную структуру, далекую от плотной упаковки. Поэтому лед имеет небольшую плотность и значительную рыхлость.
При плавлении льда водородные связи частично разрушаются (примерно на 10%). Это несколько сближает молекулы, поэтому вода плотнее льда. Нагревание воды, с одной стороны, приводит к ее расширению, т.е. к увеличению объема, с другой стороны, вызывает дальнейшее разрушение водородных связей и тем самым уменьшает объем. В результате плотность воды проходит через максимум при температуре +4 0С. Считают, что при +4 0С вода содержит ассоциаты из двух молекул (Н2О)2, связанных двумя водородными связями. О … Н Н
Н Н … О
Которые и обуславливают наибольшую плотность воды (равную 1г/см3) при +4 0С. Дальнейшее повышение температуры приводит к расширению воды и к разрыву водородной связи. Молекулы водяного пара почти не ассоциированны.
Водородная связь играет большую роль в процессах растворения. Растворимость веществ во многом зависит от их способности образовывать водородные связи с растворителем.
Водородная связь проявляется почти повсеместно: и в неорганических веществах, и в органических, в белках, в полимерах, в живых организмах. Предполагают, что и действие памяти связано с хранением информации в конфигурациях с Н–связями. Поэтому в последнее время водородная связь стала объектом дополнительного исследования.
Смотрите также
Материальный баланс
Основой материального
баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество
материала, поступающего в процесс (приходные статьи материального баланса),
равняется количеству продук ...
Ответы на экзаменационные вопросы по химии
...
Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин
Современный этап развития радиоэлектроники
характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС) во всех
радиотехнических системах и аппаратуре. Это связано со значительным усложн ...