Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.7: Ковалентні зв'язки

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    2747

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У випадку взаємодій ван дер Ваальса атоми та молекули, що беруть участь, зберігають свою владу на своїх електронах, вони залишаються чіткими та дискретними. Однак бувають випадки, коли атоми приходять, щоб «ділитися» електронами один одного. Це спільне використання включає пари електронів, по одному від кожного атома. Коли електронні пари діляться, атоми перестають бути різними тим, що їх спільні електрони більше не обмежуються тим чи іншим. Насправді, оскільки один електрон навіть теоретично неможливо відрізнити від будь-якого іншого електрона, вони стають частиною електронної системи молекули 156. Цей обмін електронів виробляє те, що відомо як ковалентний зв'язок. Ковалентні зв'язки ~ 20-50 разів сильніші, ніж взаємодії ван дер Ваальса. Що саме це означає? В основному, потрібно набагато більше енергії, щоб розірвати ці зв'язки. Хоча зв'язана форма атомів у молекулі завжди стабільніша, ніж необмежена форма, вона може бути недостатньо стабільною, щоб протистояти енергії, що доставляється через зіткнення з сусідніми молекулами. Різні зв'язки між різними атомами в різних молекулярних контекстах відрізняються за стійкістю зв'язку; енергія зв'язку відноситься до енергії, необхідної для розриву певного зв'язку. Молекула стабільна, якщо енергії зв'язку, пов'язані з зв'язаними атомами всередині молекули, є достатньо стегнами, щоб вижити енергію, що доставляється молекулі через або зіткнення з сусідніми молекулами, або поглинання енергії (світла).

    Коли атоми утворюють ковалентний зв'язок, їх окремі поверхні ван дер Ваальса зливаються, утворюючи нову молекулярну поверхню ван дер Ваальса. Існує ряд способів намалювати молекули, але вид поверхні, що заповнює простір або ван дер Ваальса, є найбільш реалістичним (принаймні, для наших цілей). Хоча це реалістично, це також може бути заплутаним, оскільки затьмарює основну молекулярну структуру, тобто те, як атоми в молекулі пов'язані між собою. Це можна побачити в цьому наборі уявлень простої молекули 2-метилпропану 157. Оскільки молекули стають більшими, як у випадку з багатьма біологічно важливими молекулами, може стати неможливим оцінити їх основну організацію на основі поверхневого представлення ван дер Ваальса.

    Оскільки вони утворюють нову стабільну сутність, не дивно (можливо), що властивості молекули досить відрізняються від властивостей атомів, з яких вони складаються, хоча, безумовно, впливають. До наближення першого порядку властивості молекули базуються на її формі, яка продиктована тим, як різні атоми всередині молекули з'єднуються один з одним. Ці геометрії накладаються квантово-механічними властивостями кожного атома і (особливо, коли молекули стають більшими, як це часто роблять в біологічних системах) взаємодією між різними частинами молекули. Деякі атоми, загальні для біологічних систем, такі як водень (Н), можуть утворювати лише єдиний ковалентний зв'язок. Інші можуть утворювати дві (кисень (O) і сірка (S)), три (азот (N)), чотири (вуглець (С)) або п'ять (фосфор (P)) зв'язки.

    Окрім менших молекул, біологічні системи містять ряд різних типів надзвичайно великих молекул, що складаються з тисяч атомів; вони відомі як макромолекули. Такі макромолекули не є жорсткими; вони часто можуть складатися назад на себе, що призводить до внутрішньомолекулярних взаємодій. Існують також взаємодії між молекулами. Сила і специфічність цих взаємодій можуть різко відрізнятися, і навіть невеликі зміни в молекулярній структурі можуть мати драматичні наслідки.

    Молекули і молекулярні взаємодії динамічні. Зіткнення з іншими молекулами можуть призвести до того, що частини молекули обертаються навколо єдиного зв'язку 158. Наявність подвійного зв'язку обмежує такі види рухів; обертання навколо подвійного зв'язку вимагає того, що становить розрив, а потім реформування однієї з облігацій. Крім того, і якщо ви освоїли якусь хімію, ви це вже знаєте, часто неправильно розглядати зв'язки як окремі сутності, ізольовані один від одного та їх оточення. Сусідні зв'язки можуть взаємодіяти, утворюючи так звані резонансні структури, які поводяться як суміші одинарних і подвійних зв'язків. Знову ж таки, це обмежує вільне обертання навколо осі зв'язку і діє для обмеження молекулярної геометрії. Як ми побачимо пізніше з пептидним зв'язком, який виникає між атомом вуглецю (C) та атомом азоту (N) у поліпептидному ланцюзі, є прикладом такої резонансної структури. Подібним чином кільцеві структури, знайдені в різних «підставах», присутніх в нуклеїнових кислотах, утворюють плоскі структури, які можуть упаковувати одну вершину іншої. Ці різні геометричні складності поєднуються, щоб зробити прогнозування тривимірної структури певної молекули все складніше, коли її розмір збільшується.

    Дописувачі та атрибуція