Pokud se podíváte na chronologii studia chemické vědy o schopnosti atomů různých prvků vzájemně se ovlivňovat, můžeme rozlišit polovinu 19. století. V té době vědci upozornili na skutečnost, že vodíkové sloučeniny kyslíku, fluoru, dusíku se vyznačují skupinou vlastností, které lze nazvat anomálními.
Jedná se především o velmi vysoké body tání a varu, například pro vodu nebo fluorovodík, které jsou vyšší než u jiných podobných sloučenin. V současnosti je již známo, že tyto vlastnosti těchto látek jsou dány vlastností atomů vodíku tvořit neobvyklý typ vazby s atomy prvků, které mají vysoký index elektronegativity. Říkali tomu vodík. Vlastnosti vazby, specifika jejího vzniku a příklady sloučenin, které ji obsahují, jsou hlavní body, na které se zaměříme v našem článku.
Důvod připojení
Působení sil elektrostatické přitažlivosti jefyzikální základ pro vznik většiny typů chemických vazeb. Typy chemických vazeb, které vznikly v důsledku interakce opačně nabitých atomových jader jednoho prvku a elektronů jiného prvku, jsou dobře známé. Jedná se o kovalentní nepolární a polární vazby, charakteristické pro jednoduché a složité sloučeniny nekovových prvků.
Například mezi atomem fluoru, který má nejvyšší elektronegativitu, a elektroneutrální částicí vodíku, jejíž jednoelektronový mrak původně patřil pouze atomu H, dochází k posunu v záporně nabité hustotě. Nyní lze samotný atom vodíku právem nazývat proton. Co bude dál?
Elektrostatická interakce
Elektronový mrak atomu vodíku téměř úplně přechází směrem k částici fluoru a získává přebytečný záporný náboj. Mezi nahým, tedy bez záporné hustoty, atomem vodíku - protonem a iontem F- sousední molekuly fluorovodíku se projevuje síla elektrostatické přitažlivosti. Vede ke vzniku mezimolekulárních vodíkových vazeb. Díky svému výskytu může několik molekul HF tvořit stabilní asociáty najednou.
Hlavní podmínkou pro vznik vodíkové vazby je přítomnost atomu chemického prvku s vysokou elektronegativitou a vodíkového protonu s ním interagujícího. Tento typ interakce je nejvýraznější u sloučenin kyslíku a fluoru (voda, fluorovodík), méně u látek obsahujících dusík, jako je amoniak, a ještě méně u sloučenin síry a chloru. Příklady vodíkových vazeb vytvořených mezi molekulami lze také nalézt v organických látkách.
V alkoholech mezi atomy kyslíku a vodíku funkčních hydroxylových skupin tedy také vznikají elektrostatické přitažlivé síly. Proto již prvními zástupci homologní řady - metanol a etylalkohol - jsou kapaliny, nikoli plyny, jako jiné látky tohoto složení a molekulové hmotnosti.
Energetická charakteristika komunikace
Porovnejme energetickou náročnost kovalentních (40–100 kcal/mol) a vodíkových vazeb. Níže uvedené příklady potvrzují následující tvrzení: vodíkový typ obsahuje pouze 2 kcal/mol (mezi dimery amoniaku) až 10 kcal/mol energie ve sloučeninách fluoru. Ukazuje se ale, že to stačí k tomu, aby se částice některých látek mohly vázat do asociátů: dimerů, tetra- a polymerních - skupin skládajících se z mnoha molekul.
Nejsou pouze v kapalné fázi sloučeniny, ale mohou být konzervovány, aniž by se rozpadly, když přecházejí do plynného stavu. Proto vodíkové vazby, které drží molekuly ve skupinách, způsobují abnormálně vysoké teploty varu a tání čpavku, vody nebo fluorovodíku.
Jak se molekuly vody spojují
Anorganické i organické látky mají několik typů chemických vazeb. Chemická vazba, která vzniká při procesu vzájemného spojení polárních částic a nazývá se intermolekulární vodík, může radikálně změnit fyzikálně-chemickýcharakteristiky připojení. Dokažme toto tvrzení uvážením vlastností vody. Molekuly H2O mají formu dipólů - částic, jejichž póly nesou opačné náboje.
Sousední molekuly jsou k sobě přitahovány kladně nabitými protony vodíku a zápornými náboji atomu kyslíku. V důsledku tohoto procesu se tvoří molekulární komplexy - asociáty, které vedou ke vzniku abnormálně vysokých bodů varu a tání, vysoké tepelné kapacitě a tepelné vodivosti sloučeniny.
Jedinečné vlastnosti vody
Přítomnost vodíkových vazeb mezi částicemi H2O je zodpovědná za mnoho z jeho životně důležitých vlastností. Voda zajišťuje nejdůležitější metabolické reakce – hydrolýzu sacharidů, bílkovin a tuků probíhající v buňce – a je rozpouštědlem. Taková voda, která je součástí cytoplazmy nebo mezibuněčné tekutiny, se nazývá volná. Díky vodíkovým můstkům mezi molekulami vytváří kolem proteinů a glykoproteinů hydratační obaly, které zabraňují slepování mezi makromolekulami polymeru.
V tomto případě se voda nazývá strukturovaná. Uvedené příklady vodíkové vazby, ke které dochází mezi částicemi H2O, dokazují její vedoucí úlohu při tvorbě základních fyzikálních a chemických vlastností organických látek - bílkovin a polysacharidů, v procesech asimilace a disimilace probíhajících v živých organismech.systémech, jakož i při zajišťování jejich tepelné rovnováhy.
Intramolekulární vodíková vazba
Kyselina salicylová patří mezi známé a dlouhodobě používané léky s protizánětlivými, hojivými a antimikrobiálními účinky. Samotná kyselina, bromderiváty fenolu, organické komplexní sloučeniny jsou schopné tvořit intramolekulární vodíkovou vazbu. Níže uvedené příklady ukazují mechanismus jeho vzniku. Takže v prostorové konfiguraci molekuly kyseliny salicylové je možný přístup atomu kyslíku karbonylové skupiny a vodíkového protonu hydroxylového radikálu.
Vzhledem k větší elektronegativitě atomu kyslíku spadá elektron částice vodíku téměř úplně pod vliv kyslíkového jádra. Uvnitř molekuly kyseliny salicylové vzniká vodíková vazba, která zvyšuje kyselost roztoku v důsledku zvýšení koncentrace vodíkových iontů v něm.
Shrneme-li to, můžeme říci, že tento typ interakce mezi atomy se projevuje, pokud skupina donoru (částice, která daruje elektron) a atom akceptoru, který jej přijímá, jsou součástí stejné molekuly.
