Jei pažvelgsite į chemijos mokslo tyrimo apie įvairių elementų atomų gebėjimą sąveikauti tarpusavyje chronologiją, galime išskirti XIX a. vidurį. Tuo metu mokslininkai atkreipė dėmesį į tai, kad deguonies, fluoro, azoto vandenilio junginiai pasižymi grupe savybių, kurias galima pavadinti anomaliomis.
Tai visų pirma labai aukštos lydymosi ir virimo temperatūros, pavyzdžiui, vandens arba vandenilio fluorido, kurios yra aukštesnės nei kitų panašių junginių. Šiuo metu jau žinoma, kad šias šių medžiagų savybes lemia vandenilio atomų savybė sudaryti neįprastą ryšį su elementų atomais, turinčiais aukštą elektronegatyvumo indeksą. Jie tai pavadino vandeniliu. Ryšio savybės, jos susidarymo ypatumai ir junginių, kurių sudėtyje yra jo sudėtyje, pavyzdžiai yra pagrindiniai dalykai, į kuriuos sutelksime dėmesį mūsų straipsnyje.
Prisijungimo priežastis
Elektrostatinės traukos jėgų veikimas yrafizinis daugelio tipų cheminių jungčių atsiradimo pagrindas. Cheminių ryšių rūšys, susidariusios dėl vieno elemento priešingai įkrautų atomų branduolių ir kito elektronų sąveikos, yra gerai žinomi. Tai kovalentiniai nepoliniai ir poliniai ryšiai, būdingi paprastiems ir sudėtingiems nemetalinių elementų junginiams.
Pavyzdžiui, tarp fluoro atomo, kurio elektronegatyvumas yra didžiausias, ir elektroneutralios vandenilio dalelės, kurios vieno elektrono debesis iš pradžių priklausė tik H atomui, vyksta neigiamo krūvio tankio poslinkis.. Dabar pats vandenilio atomas pagrįstai gali būti vadinamas protonu. Kas bus toliau?
Elektrostatinė sąveika
Vandenilio atomo elektronų debesis beveik visiškai pereina link fluoro dalelės ir įgauna perteklinį neigiamą krūvį. Tarp pliko, tai yra, neturinčio neigiamo tankio, vandenilio atomo - protono ir gretimos vandenilio fluorido molekulės F- jono, pasireiškia elektrostatinės traukos jėga. Tai veda prie tarpmolekulinių vandenilio jungčių atsiradimo. Dėl jo atsiradimo kelios HF molekulės vienu metu gali sudaryti stabilius junginius.
Pagrindinė vandenilinio ryšio susidarymo sąlyga yra didelio elektronegatyvumo cheminio elemento atomo ir su juo sąveikaujančio vandenilio protono buvimas. Tokio tipo sąveika ryškiausia deguonies ir fluoro junginiuose (vandenyje, vandenilio fluoride), mažiau azoto turinčiose medžiagose, tokiose kaip amoniakas, o dar mažiau sieros ir chloro junginiuose. Vandenilinių jungčių, susidariusių tarp molekulių, pavyzdžių taip pat galima rasti organinėse medžiagose.
Todėl alkoholiuose tarp funkcinių hidroksilo grupių deguonies ir vandenilio atomų taip pat atsiranda elektrostatinės traukos jėgos. Todėl jau pirmieji homologinės serijos atstovai - metanolis ir etilo alkoholis - yra skysčiai, o ne dujos, kaip ir kitos tokios sudėties ir molekulinės masės medžiagos.
Bendravimui būdinga energija
Palyginkime kovalentinių (40–100 kcal/mol) ir vandenilinių ryšių energijos intensyvumą. Toliau pateikti pavyzdžiai patvirtina tokį teiginį: vandenilio tipo fluoro junginiuose yra tik 2 kcal/mol (tarp amoniako dimerų) iki 10 kcal/mol energijos. Tačiau pasirodo, kad to pakanka, kad kai kurių medžiagų dalelės galėtų susijungti į asocijuotus junginius: dimerus, tetra ir polimerus – grupes, susidedančias iš daugybės molekulių.
Jie yra ne tik skystoje junginio fazėje, bet gali būti išsaugoti nesuirę, kai pereina į dujinę būseną. Todėl vandeniliniai ryšiai, laikantys molekules grupėmis, sukelia neįprastai aukštą amoniako, vandens arba vandenilio fluorido virimo ir lydymosi temperatūrą.
Kaip asocijuojasi vandens molekulės
Tiek neorganinės, tiek organinės medžiagos turi kelių tipų cheminius ryšius. Cheminis ryšys, atsirandantis polinių dalelių tarpusavio susijungimo procese ir vadinamas tarpmolekuliniu vandeniliu, gali radikaliai pakeisti fizikines ir cheminesryšio charakteristikos. Įrodykime šį teiginį įvertinę vandens savybes. Molekulės H2O turi dipolių formą – daleles, kurių poliai turi priešingus krūvius.
Kaimynines molekules viena prie kitos traukia teigiamai įkrauti vandenilio protonai ir neigiami deguonies atomo krūviai. Dėl šio proceso susidaro molekuliniai kompleksai – asocijuoti junginiai, dėl kurių susidaro neįprastai aukšti virimo ir lydymosi taškai, didelė junginio šiluminė talpa ir šilumos laidumas.
Unikalios vandens savybės
Vandilinių jungčių buvimas tarp H2O dalelių lemia daugelį jo gyvybiškai svarbių savybių. Vanduo atlieka svarbiausias medžiagų apykaitos reakcijas – ląstelėje vykstančių angliavandenių, b altymų ir riebalų hidrolizę – ir yra tirpiklis. Toks vanduo, kuris yra citoplazmos arba tarpląstelinio skysčio dalis, vadinamas laisvuoju. Dėl vandenilinių jungčių tarp molekulių jis sudaro hidratacijos apvalkalus aplink b altymus ir glikoproteinus, kurie neleidžia prilipti tarp polimero makromolekulių.
Šiuo atveju vanduo vadinamas struktūriniu. Mūsų pateikti vandenilinės jungties, susidarančios tarp H2O dalelių, pavyzdžiai įrodo jo pagrindinį vaidmenį formuojant pagrindines fizines ir chemines organinių medžiagų – b altymų ir polisacharidų – savybes, gyvuose organizmuose vykstančiuose asimiliacijos ir disimiliacijos procesuose.sistemose, taip pat užtikrinant jų šiluminį balansą.
Intramolekulinė vandenilinė jungtis
Salicilo rūgštis yra vienas iš gerai žinomų ir seniai vartojamų vaistų, turinčių priešuždegiminį, žaizdas gydantį ir antimikrobinį poveikį. Pati rūgštis, fenolio bromo dariniai, organiniai kompleksiniai junginiai gali sudaryti intramolekulinę vandenilio jungtį. Žemiau pateikti pavyzdžiai parodo jo susidarymo mechanizmą. Taigi, salicilo rūgšties molekulės erdvinėje konfigūracijoje galimas karbonilo grupės deguonies atomo ir hidroksilo radikalo vandenilio protono artėjimas.
Dėl didesnio deguonies atomo elektronegatyvumo vandenilio dalelės elektronas beveik visiškai patenka į deguonies branduolio įtaką. Salicilo rūgšties molekulės viduje susidaro vandenilio jungtis, kuri padidina tirpalo rūgštingumą, nes jame padidėja vandenilio jonų koncentracija.
Apibendrinant galima teigti, kad tokio tipo atomų sąveika pasireiškia, jei donoro (dalelės, dovanojančios elektroną) ir jį priimančio akceptoriaus atomo grupė yra tos pačios molekulės dalis.
