Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8.1: Водневе склеювання

  • Page ID
    18170
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У главі 7 ми досліджували унікальні властивості води, що дозволяють їй служити потужним розчинником, що володіє здатністю розчиняти як іонні сполуки, так і полярні молекулярні сполуки. Ми пов'язували це зі здатністю молекул води вирівнюватися таким чином, щоб поляризовані водень-кисневі зв'язки могли стабілізувати катіони, аніони та практично будь-яку сполуку, яка також містила значно поляризований ковалентний зв'язок. За цією логікою зовсім не дивно, що вода також може сильно реагувати сама з собою, і дійсно вода існує як велика мережа молекул, вирівняних так, що їх позитивні і негативні диполі взаємодіють один з одним. Зв'язок, який утворюється з атома водню, який є частиною полярного ковалентного зв'язку (наприклад, зв'язку O—H) до іншого, більш електронегативного атома (який має принаймні одну нерозділену пару електронів у валентній оболонці) називається водневим зв'язком. Нагадаємо, що кисень має дві нерозділені пари в валентній оболонці, а взаємодія водень і кисень у воді є класичним прикладом водневої зв'язку. Водневі зв'язки слабкі, щодо ковалентних зв'язків. Енергія, необхідна для розриву ковалентного зв'язку O—H (енергія дисоціації зв'язку), становить близько 111 ккал/моль, або в більш правильних одиницях СІ, 464 кДж/моль. Енергія, необхідна для розриву водневого зв'язку O—H • • • • O, становить близько 5 ккал/моль (21 кДж/моль), або менше 5% енергії «реального» ковалентного зв'язку. Незважаючи на те, що водневі зв'язки відносно слабкі, якщо врахувати, що кожна молекула води бере участь принаймні в чотирьох водневих зв'язках, загальна енергія взаємодій водневих зв'язків може швидко стати значною. Водень зв'язування зазвичай використовується для пояснення високої температури кипіння води (100 ˚C). Для багатьох сполук, які не мають високополяризованих зв'язків, точки кипіння паралельні молярній масі сполуки. Метан, СН 4, має молярну масу 16 і температуру кипіння -164 ˚С Вода, з молярною масою 18, має температуру кипіння +100 ˚С Хоча ці два сполуки мають схожі молярні маси, в полярну молекулу - воду необхідно покласти значну кількість енергії, щоб рухатися в газова фаза, щодо неполярного метану. Додаткова енергія, яка потрібна, необхідна для руйнування мережі зв'язку водню.

    Водневий зв'язок також має важливе значення - це ДНК. Згідно з моделлю Уотсона-Крика, подвійна спіраль ДНК збирається і стабілізується водневим сполученням між відповідними «основами». Водневі зв'язки утворюються між атомами кисню (червоного кольору) та сусідніми зв'язками N—H, а також між центральним азотом (синім) та сусіднім зв'язком N—H. Запропоновано, що точне вирівнювання цих водневих зв'язків сприяє стабільності подвійної спіралі та забезпечує належне вирівнювання відповідних пар основ.