-Водневий зв'язок

Водневий зв'язок пояснюється здатністю атома Гідрогену, сполу­ченого в атомом сильно електронегативного елемента (F, О, N, Сl, S, В тощо), утворювати ще один хімічний зв'язок в електронега­тивним елементом.

Утворення водневого зв'явку зумовлено дуже малим розміром досить поляризованого атома Гідрогену у сполуці. При утворенні по­лярного ковалентного зв'язку між атомом Гідрогену та атомом з висо­кою електронегативністю електронна хмара сильно змі­щується до атома електронегативного елемента. В результаті цей атом набуває значного ефективного нега­тивного заряду, а ядро атома Гідрогену (протон) майже втрачає елек­тронну хмару. Між протоном Гідрогену і негативно зарядженим атомом іншої молекули виникає електростатична взаємо­дія, яка зумовлює утворення водневого зв'язку.

З позиції методу валентних зв'язків ковалентний зв'язок є двоцентровим зв'язком, а водневий – трицентровим (одна елек­тронна орбіталь Гідрогену забезпечуе зв'язок між трьома атомами). У графічних формулах водневий зв'язок позначається трьома крапками.

Енергія водневого зв'язку становить 8–40кДж/моль і за міц­ністю дещо перевищує енергію вандерваальсівської взаємодії, проте набагато менша за енергію ковалентного зв'язку. Енергія водневого зв'язку зменшується із збільшенням температури. Тому водневий зв'язок більш характерний для речовин у рідкому і твердому станах.

Водневий зв'язок відіграє важливу роль при асоціації молекул, кристалізації, розчиненні, утворенні кристалогідратів, електролі­тичній дисоціації; в хімії органічних сполук, полімерів, білків. Водневий зв'язок виявляється у неорганічних і органічних сполу­ках (спирти, кислоти, вуглеводні тощо).

Розрізняють водневий зв'язок міжмолекулярний, внутрішньомолекуляр-ний і міжатомний.

У твердому, рідкому і навіть газоподібному станах молекули фтороводню асоційовані у зигзагоподібні ланцюги:

що зумовлено водневими зв'язками; кут між атомами НFН дорів­нює 134°. Як показує визначення густини пари, навіть при темпе­ратурі, близькій до кипіння, середній склад фтороводню приблиз­но відповідає формулі (НF)4. Асоціація молекул спричинює ано­мально високі температури плавлення і кипіння фтороводню порів­няно з водневими сполуками елементів головної підгрупи VII групи (рис.16). Те, що фтороводнева кислота на відміну від хлоро-, бромо-і йодоводневої є слабкою кислотою (К = 7·10–4), також е резуль­татом асоціації молекул НF у водному розчині.

Кожна молекула води може брати участь в утворенні двох вод­невих зв'язків; при цьому атом Оксигену зв'язується з чотирма атомами Гідрогену:

Внаслідок утворення водневого зв'язку молекули води асоційо­вані й мають ажурну просторову структуру, в якій кожний атом кисню розміщений у центрі тетраедра, вершини якого займають атоми водню. Це призводить до аномально високих температур та­нення льоду і кипіння води, великих значень теплоємності і теп­лоти випаровування.

В аміаку неподілена електрон­на пара Нітрогену і полярність зв'язку N–Н зумовлюють утворення між молекулами NН3 водневого зв'яз­ку. Тому аміак досить легко зрід­жується і має високу температуру кипіння тощо.

Іноді при асоціації утво­рюються димерні молекули. Наприклад, мурашина кислота існує лише у вигляді димера, який зберігається навіть у пароподібному стані:

Міжмолекулярний водневий зв'язок може спричинювати утворення нових хімічних сполук. Наприклад, при охолодженні аміачного водного розчину можна виділити кристали складу NН3·Н2О. У цій сполуці молекули води і аміаку об'єднуються за рахунок вод­невих зв'язків.

Модуль 1. Будова речовини.