Çeşitli elementlerin atomlarının birbirleriyle etkileşime girme yeteneğinin kimya bilimindeki çalışmasının kronolojisine bakarsanız, 19. yüzyılın ortasını ayırt edebiliriz. O zaman bilim adamları, oksijen, flor, nitrojen hidrojen bileşiklerinin anormal olarak adlandırılabilecek bir grup özellik ile karakterize edildiğine dikkat çekti.
Bunlar, her şeyden önce, örneğin su veya hidrojen florür için diğer benzer bileşiklerden daha yüksek olan çok yüksek erime ve kaynama noktalarıdır. Halihazırda, bu maddelerin bu özelliklerinin, hidrojen atomlarının, yüksek elektronegatiflik indeksine sahip elementlerin atomlarıyla alışılmadık bir tür bağ oluşturma özelliği tarafından belirlendiği zaten bilinmektedir. Ona hidrojen dediler. Bir bağın özellikleri, oluşum özellikleri ve onu içeren bileşiklerin örnekleri yazımızda üzerinde duracağımız ana noktalardır.
Bağlantı nedeni
Elektrostatik çekim kuvvetlerinin etkisiçoğu kimyasal bağ türünün ortaya çıkışının fiziksel temeli. Bir elementin zıt yüklü atom çekirdekleri ile diğerinin elektronlarının etkileşimi nedeniyle ortaya çıkan kimyasal bağ türleri iyi bilinmektedir. Bunlar, metalik olmayan elementlerin basit ve karmaşık bileşiklerinin karakteristiği olan kovalent polar olmayan ve polar bağlardır.
Örneğin, en yüksek elektronegatifliğe sahip flor atomu ile tek elektronlu bulutu başlangıçta yalnızca H atomuna ait olan elektronötr hidrojen parçacığı arasında, negatif yüklü yoğunlukta bir kayma vardır.. Şimdi hidrojen atomunun kendisine haklı olarak proton denilebilir. Sonra ne olacak?
Elektrostatik etkileşim
Hidrojen atomunun elektron bulutu neredeyse tamamen flor parçacığına doğru geçer ve aşırı bir negatif yük alır. Çıplak, yani negatif yoğunluktan yoksun, hidrojen atomu - bir proton ve komşu hidrojen florür molekülünün F- iyonu arasında, elektrostatik çekim kuvveti kendini gösterir. Moleküller arası hidrojen bağlarının ortaya çıkmasına neden olur. Oluşumu nedeniyle, birkaç HF molekülü aynı anda kararlı ilişkiler oluşturabilir.
Hidrojen bağı oluşumunun ana koşulu, elektronegatifliği yüksek bir kimyasal element atomunun ve onunla etkileşime giren bir hidrojen protonunun varlığıdır. Bu etkileşim türü en çok oksijen ve flor bileşiklerinde (su, hidrojen florür), amonyak gibi azot içeren maddelerde daha az ve kükürt ve klor bileşiklerinde daha da belirgindir. Moleküller arasında oluşan hidrojen bağlarının örnekleri organik maddelerde de bulunabilir.
Böylece, fonksiyonel hidroksil gruplarının oksijen ve hidrojen atomları arasındaki alkollerde elektrostatik çekim kuvvetleri de ortaya çıkar. Bu nedenle, zaten homolog serinin ilk temsilcileri - metanol ve etil alkol - bu bileşimin ve moleküler ağırlığın diğer maddeleri gibi gazlar değil sıvılardır.
İletişimin enerji özelliği
Kovalent (40–100 kcal/mol) ve hidrojen bağlarının enerji yoğunluğunu karşılaştıralım. Aşağıdaki örnekler aşağıdaki ifadeyi doğrulamaktadır: hidrojen türü, flor bileşiklerinde yalnızca 2 kcal/mol (amonyak dimerleri arasında) ila 10 kcal/mol enerji içerir. Ancak bazı maddelerin parçacıklarının birçok molekülden oluşan dimerler, tetra - ve polimerler - gruplara bağlanabilmesi için yeterli olduğu ortaya çıktı.
Yalnızca bileşiğin sıvı fazında değiller, gaz haline geçerken parçalanmadan korunabilirler. Bu nedenle, molekülleri gruplar halinde tutan hidrojen bağları, amonyak, su veya hidrojen florürün anormal derecede yüksek kaynama ve erime noktalarına neden olur.
Su molekülleri nasıl ilişki kurar
Hem inorganik hem de organik maddelerin çeşitli kimyasal bağları vardır. Polar parçacıkların birbirleriyle birleşme sürecinde ortaya çıkan ve moleküller arası hidrojen olarak adlandırılan kimyasal bağ, fizikokimyasal durumu kökten değiştirebilir.bağlantı özellikleri. Bu ifadeyi suyun özelliklerini dikkate alarak ispatlayalım. H2O molekülleri, kutupları zıt yükler taşıyan parçacıklar olan dipol şeklindedir.
Komşu moleküller, pozitif yüklü hidrojen protonları ve oksijen atomunun negatif yükleri tarafından birbirine çekilir. Bu işlemin bir sonucu olarak, moleküler kompleksler oluşur - ortaklar, anormal derecede yüksek kaynama ve erime noktalarının, yüksek ısı kapasitesinin ve bileşiğin termal iletkenliğinin ortaya çıkmasına neden olur.
Suyun benzersiz özellikleri
H2O parçacıkları arasındaki hidrojen bağlarının varlığı, hayati özelliklerinin çoğundan sorumludur. Su, en önemli metabolik reaksiyonları - hücrede meydana gelen karbonhidratların, proteinlerin ve yağların hidrolizi - sağlar ve bir çözücüdür. Sitoplazmanın veya hücreler arası sıvının bir parçası olan bu suya serbest denir. Moleküller arasındaki hidrojen bağları sayesinde proteinlerin ve glikoproteinlerin etrafında hidrasyon kabukları oluşturarak polimer makromolekülleri arasında yapışmayı engeller.
Bu durumda suya yapılandırılmış denir. H2O parçacıkları arasında meydana gelen hidrojen bağına ilişkin verdiğimiz örnekler, onun organik maddelerin (proteinler ve polisakkaritler) temel fiziksel ve kimyasal özelliklerinin oluşumundaki öncü rolünü kanıtlamaktadır. canlı organizmalarda meydana gelen asimilasyon ve disimilasyon süreçlerinde, sistemlerde ve ayrıca termal dengelerinin sağlanmasında.
Molekül içi hidrojen bağı
Salisilik asit, iltihap önleyici, yara iyileştirici ve antimikrobiyal etkileri ile iyi bilinen ve uzun süredir kullanılan ilaçlardan biridir. Asitin kendisi, fenolün bromo türevleri, organik kompleks bileşikler, molekül içi bir hidrojen bağı oluşturabilir. Aşağıdaki örnekler, oluşum mekanizmasını göstermektedir. Böylece salisilik asit molekülünün uzaysal konfigürasyonunda karbonil grubunun oksijen atomunun ve hidroksil radikalinin hidrojen protonunun yaklaşması mümkündür.
Oksijen atomunun daha yüksek elektronegatifliği nedeniyle, hidrojen parçacığının elektronu neredeyse tamamen oksijen çekirdeğinin etkisi altına girer. Salisilik asit molekülünün içinde, içindeki hidrojen iyonlarının konsantrasyonundaki artış nedeniyle çözeltinin asitliğini artıran bir hidrojen bağı oluşur.
Özetlemek gerekirse, atomlar arasındaki bu tür etkileşimin, vericinin (elektron veren parçacık) grubu ile onu kabul eden alıcı atomun aynı molekülün parçası olması durumunda kendini gösterdiğini söyleyebiliriz.
