Če pogledamo kronologijo proučevanja v kemijski znanosti sposobnosti medsebojnega medsebojnega delovanja atomov različnih elementov, lahko izpostavimo sredino 19. stoletja. Takrat so znanstveniki opozorili na dejstvo, da je za vodikove spojine kisika, fluora, dušika značilna skupina lastnosti, ki jih lahko imenujemo anomalne.
To so najprej zelo visoke tališča in vrelišča, na primer za vodo ali vodikov fluorid, ki so višja kot pri drugih podobnih spojinah. Trenutno je že znano, da so te lastnosti teh snovi določene z lastnostjo vodikovih atomov, da tvorijo nenavadno vrsto vezi z atomi elementov, ki imajo visok indeks elektronegativnosti. Imenovali so ga vodik. Lastnosti vezi, posebnosti njenega nastanka in primeri spojin, ki jo vsebujejo, so glavne točke, na katere se bomo osredotočili v našem članku.
Razlog za povezavo
Delovanje sil elektrostatične privlačnosti jefizična osnova za nastanek večine vrst kemičnih vezi. Vrste kemičnih vezi, ki so nastale zaradi interakcije nasprotno nabitih atomskih jeder enega elementa in elektronov drugega, so dobro znane. To so kovalentne nepolarne in polarne vezi, značilne za preproste in kompleksne spojine nekovinskih elementov.
Na primer, med atomom fluora, ki ima najvišjo elektronegativnost, in elektronevtralnim delcem vodika, katerega enoelektronski oblak je sprva pripadal samo atomu H, pride do premika v negativno nabite gostoti. Zdaj lahko sam atom vodika upravičeno imenujemo proton. Kaj se zgodi potem?
Elektrostatična interakcija
Elektronski oblak vodikovega atoma skoraj v celoti preide proti delcu fluora in pridobi odvečni negativni naboj. Med golim, torej brez negativne gostote, atomom vodika - protonom, in F- ionom sosednje molekule vodikovega fluorida, se kaže sila elektrostatične privlačnosti. Povzroča nastanek medmolekularnih vodikovih vezi. Zaradi njegovega pojavljanja lahko več molekul HF hkrati tvori stabilne sodelavce.
Glavni pogoj za nastanek vodikove vezi je prisotnost atoma kemičnega elementa z visoko elektronegativnostjo in vodikovega protona, ki deluje z njim. Ta vrsta interakcije je najbolj izrazita pri spojinah kisika in fluora (voda, fluorovodik), manj pri dušikovih snoveh, kot je amoniak, še manj pa pri spojinah žvepla in klora. Primere vodikovih vezi, ki nastanejo med molekulami, lahko najdemo tudi v organskih snoveh.
Tako v alkoholih med atomi kisika in vodika funkcionalnih hidroksilnih skupin nastanejo tudi elektrostatične privlačne sile. Zato sta že prva predstavnika homologne serije - metanol in etilni alkohol - tekočine, ne plini, kot druge snovi te sestave in molekulske mase.
Energijska značilnost komunikacije
Primerjajmo energijsko intenzivnost kovalentne (40–100 kcal/mol) in vodikove vezi. Spodnji primeri potrjujejo naslednjo trditev: vrsta vodika vsebuje le 2 kcal/mol (med dimeri amoniaka) do 10 kcal/mol energije v fluorovih spojinah. Vendar se izkaže, da je dovolj, da se delci nekaterih snovi lahko vežejo v asociate: dimere, tetra - in polimere - skupine, sestavljene iz številnih molekul.
Niso samo v tekoči fazi spojine, ampak jih je mogoče ohraniti, ne da bi razpadli, ko preidejo v plinasto stanje. Zato vodikove vezi, ki držijo molekule v skupinah, povzročajo nenormalno visoko vrelišče in tališče amoniaka, vode ali vodikovega fluorida.
Kako se molekule vode povezujejo
Tako anorganske kot organske snovi imajo več vrst kemičnih vezi. Kemična vez, ki nastane v procesu povezovanja polarnih delcev med seboj in se imenuje medmolekularni vodik, lahko korenito spremeni fizikalno-kemijskoznačilnosti povezave. Dokažimo to trditev z upoštevanjem lastnosti vode. Molekule H2O imajo obliko dipolov - delcev, katerih poli nosijo nasprotne naboje.
Sosednje molekule med seboj privlačijo pozitivno nabiti vodikovi protoni in negativni naboji atoma kisika. Kot rezultat tega procesa nastanejo molekularni kompleksi - asociati, ki vodijo do pojava nenormalno visokih vrelišč in tališč, visoke toplotne kapacitete in toplotne prevodnosti spojine.
Edinstvene lastnosti vode
Prisotnost vodikovih vezi med H2O delci je odgovorna za številne njegove vitalne lastnosti. Voda zagotavlja najpomembnejše presnovne reakcije - hidrolizo ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob, ki potekajo v celici - in je topilo. Takšno vodo, ki je del citoplazme ali medcelične tekočine, imenujemo prosta. Zaradi vodikovih vezi med molekulami tvori hidratacijske lupine okoli beljakovin in glikoproteinov, ki preprečujejo lepljenje med polimernimi makromolekulami.
V tem primeru se voda imenuje strukturirana. Navedeni primeri vodikove vezi, ki nastane med delci H2O, dokazujejo njeno vodilno vlogo pri nastajanju osnovnih fizikalnih in kemijskih lastnosti organskih snovi - beljakovin in polisaharidov, v procesih asimilacije in disimilacije, ki potekajo v živih organizmih, sistemih, kot tudi pri zagotavljanju njihovega toplotnega ravnovesja.
Intramolekularna vodikova vez
Salicilna kislina je eno izmed znanih in dolgo uporabljanih zdravil s protivnetnimi, celjenjem ran in protimikrobnimi učinki. Sama kislina, bromo derivati fenola, organske kompleksne spojine so sposobni tvoriti intramolekularno vodikovo vez. Spodnji primeri prikazujejo mehanizem njegovega nastanka. Torej je v prostorski konfiguraciji molekule salicilne kisline možen pristop kisikovega atoma karbonilne skupine in vodikovega protona hidroksilnega radikala.
Zaradi večje elektronegativnosti atoma kisika elektron vodikovega delca skoraj v celoti pade pod vpliv kisikovega jedra. V notranjosti molekule salicilne kisline nastane vodikova vez, ki poveča kislost raztopine zaradi povečanja koncentracije vodikovih ionov v njej.
Če povzamemo, lahko rečemo, da se tovrstna interakcija med atomi kaže, če sta skupina darovalca (delca, ki daruje elektron) in akceptorskega atoma, ki ga sprejme, del iste molekule.
