الجزيئات لا تشكل روابط هيدروجينية. الرابطة الهيدروجينية ، التفاعل بين الجزيئات
2. تحديد الرابطة الهيدروجينية
تسمى الرابطة التي تتكون بين ذرات الهيدروجين لجزيء واحد وذرة عنصر كهرسلبي قوي (O ، N ، F) لجزيء آخر برابطة الهيدروجين.
قد يطرح السؤال: لماذا بالضبط يشكل الهيدروجين رابطة كيميائية محددة؟
هذا لأن نصف القطر الذري للهيدروجين صغير جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم إزاحة إلكترون واحد أو التبرع به بالكامل ، يكتسب الهيدروجين شحنة موجبة عالية نسبيًا ، ونتيجة لذلك يتفاعل الهيدروجين في جزيء واحد مع ذرات العناصر الكهربية السالبة التي تكون جزءًا من جزيئات أخرى (HF ، H 2 O، NH 3).
لنلقِ نظرة على بعض الأمثلة. عادة ما نمثل تركيبة الماء بالصيغة الكيميائية H 2 O. ومع ذلك ، هذا ليس دقيقًا تمامًا. سيكون من الأصح الإشارة إلى تكوين الماء بالصيغة (H 2 O) n ، حيث n \ u003d 2.3.4 ، إلخ. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن جزيئات الماء الفردية مترابطة من خلال روابط هيدروجينية.
عادة ما يتم الإشارة إلى الروابط الهيدروجينية بالنقاط. إنه أضعف بكثير من الرابطة الأيونية أو التساهمية ، ولكنه أقوى من التفاعل المعتاد بين الجزيئات.
يفسر وجود روابط الهيدروجين الزيادة في حجم الماء مع انخفاض درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع انخفاض درجة الحرارة ، تصبح الجزيئات أقوى وبالتالي تقل كثافة "حزمها".
عند دراسة الكيمياء العضوية ، نشأ السؤال التالي أيضًا: لماذا تكون نقاط غليان الكحول أعلى بكثير من تلك الموجودة في الهيدروكربونات المقابلة؟ يفسر ذلك حقيقة أن الروابط الهيدروجينية تتشكل أيضًا بين جزيئات الكحول.
تحدث زيادة في درجة غليان الكحول أيضًا بسبب تضخم جزيئاتها. تعتبر الرابطة الهيدروجينية أيضًا من سمات العديد من المركبات العضوية الأخرى (الفينولات ، والأحماض الكربوكسيلية ، وما إلى ذلك). من المعروف من مقررات الكيمياء العضوية وعلم الأحياء العام أن وجود رابطة هيدروجينية يفسر التركيب الثانوي للبروتينات ، وهيكل الحلزون المزدوج للحمض النووي ، أي ظاهرة التكامل.
3. أنواع الرابطة الهيدروجينية
هناك نوعان من الروابط الهيدروجينية: الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئية وبين الجزيئية. إذا كانت الرابطة الهيدروجينية توحد أجزاء من جزيء واحد ، فإنهم يتحدثون عن رابطة هيدروجين داخل الجزيئية. هذا ينطبق بشكل خاص على العديد من المركبات العضوية. إذا تم تكوين رابطة هيدروجينية بين ذرة الهيدروجين لجزيء واحد والذرة غير المعدنية لجزيء آخر (رابطة الهيدروجين بين الجزيئات) ، فإن الجزيئات تشكل أزواجًا وسلاسل وحلقات قوية إلى حد ما. وهكذا ، يوجد حمض الفورميك في كل من الحالة السائلة والغازية في شكل ثنائيات:
وفلوريد الهيدروجين الغازي يحتويان على جزيئات بوليمرية ، بما في ذلك ما يصل إلى أربعة جزيئات من HF. يمكن العثور على روابط قوية بين الجزيئات في الماء والأمونيا السائلة والكحول. تحتوي ذرات الأكسجين والنيتروجين اللازمة لتكوين روابط الهيدروجين على جميع الكربوهيدرات والبروتينات والأحماض النووية. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن الجلوكوز والفركتوز والسكروز قابلة للذوبان تمامًا في الماء. تلعب الروابط الهيدروجينية دورًا مهمًا في هذا الأمر في المحلول بين جزيئات الماء والعديد من مجموعات OH من الكربوهيدرات.
4. طاقة الرابطة الهيدروجينية
هناك عدة طرق لتوصيف روابط الهيدروجين. المعيار الرئيسي هو طاقة الرابطة الهيدروجينية (R-X-H ... B-Y) ، والتي تعتمد على طبيعة ذرات X و B وعلى البنية العامة لجزيئات RXH و BY. بالنسبة للجزء الأكبر ، يكون 10-30 كيلوجول / مول ، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يصل إلى 60-80 كيلوجول / مول وحتى أعلى. وفقًا لخصائص الطاقة ، تتميز الروابط الهيدروجينية القوية والضعيفة. طاقة تكوين روابط هيدروجينية قوية هي 15-20 كيلوجول / مول وأكثر. وتشمل هذه الروابط O –H… O في الماء ، والكحول ، والأحماض الكربوكسيلية ، و O – H… N ، N H… O و N – H… N في مركبات تحتوي على مجموعات هيدروكسيل ، أميد وأمين ، على سبيل المثال ، في البروتينات. روابط الهيدروجين الضعيفة لها طاقة تكوين أقل من 15 كيلو جول / مول. الحد الأدنى لطاقة الرابطة الهيدروجينية هو 4-6 كيلو جول / مول ، على سبيل المثال ، روابط C - H ... O في الكيتونات ، والإيثرات ، والمحاليل المائية للمركبات العضوية.
تتشكل أقوى روابط هيدروجينية عندما يرتبط هيدروجين صغير (حمض صلب) في وقت واحد بذرتين صغيرتين للغاية كهرسلبية (قواعد صلبة). توفر المطابقة المدارية تفاعلًا أفضل بين الحمض والقاعدة وتؤدي إلى روابط هيدروجينية أقوى. أي أن تكوين روابط هيدروجينية قوية وضعيفة يمكن تفسيره من وجهة نظر مفهوم الأحماض والقواعد الصلبة واللينة (مبدأ بيرسون ، مبدأ HICA).
تزداد طاقة الرابطة H مع زيادة الشحنة الموجبة على ذرة الهيدروجين لرابطة X-H ومع زيادة متقبل البروتون للذرة B (قاعدتها). على الرغم من أن تكوين رابطة هيدروجينية يعتبر من وجهة نظر التفاعل الحمضي القاعدي ، إلا أن طاقة تكوين معقدات H لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بكل من مقياس الحموضة ومقياس الأساسي.
لوحظت صورة مماثلة في حالة المركابتان والكحول. الميركابتان هي أحماض أقوى من الكحول ، لكن الكحوليات تشكل روابط أقوى. سبب هذه الحالات الشاذة الواضحة مفهوم تمامًا ، نظرًا لأن الحموضة يتم تحديدها بواسطة قيمة pKa وفقًا لنتائج المخطط الكامل للتفاعل الحمضي القاعدي (قبل تكوين الأيونات المنحلة) ، وتشكيل مركب جزيئي مع الرابطة H هي فقط المرحلة الأولى من هذه العملية ، والتي لا تنطوي على كسر الرابطة X.N. في المذيبات الخاملة ، عادة ما يتوقف التفاعل الحمضي القاعدي في مرحلة معقد H.
فيما يتعلق بأساسيات المركبات العضوية وقدرتها على المشاركة في تكوين روابط H ، هناك أيضًا اختلافات كبيرة هنا. لذلك ، مع نفس القدرة على تكوين روابط هيدروجينية ، فإن درجة أساسية للأمينات أعلى بخمس مرات من درجة البيريدين ، و 13 مرتبة أعلى من تلك الخاصة بمركبات الكربونيل المستبدلة.
على أساس البيانات التجريبية ، تم إنشاء ارتباط خطي بين درجة نقل الشحنة وطاقة روابط H بين الجزيئات ، وهي حجة مهمة لصالح طبيعة المتبرع المتلقي للأخير. يمكن أن يكون للعوامل الجسيمية تأثير كبير على تكوين رابطة هيدروجينية. على سبيل المثال ، الفينولات المستبدلة بالأورثو أقل عرضة للارتباط الذاتي من الأيزومرات الفوقية وشبه ؛ الارتباط غائب تمامًا في 2،6-ثنائي-ثلاثي-بوتيل فينول. مع زيادة درجة الحرارة ، يتناقص عدد المركبات الجزيئية في الخليط ، وتكون أقل شيوعًا في الطور الغازي.
في بداية الدورة ، لوحظ أن الرابطة الهيدروجينية تحتل موقعًا وسيطًا بين الرابطة الكيميائية الحقيقية (التكافؤ) والتفاعل الجزيئي الضعيف. اين اقرب؟ الإجابة غامضة ، لأن نطاق التقلبات في طاقات روابط H واسع جدًا. إذا كنا نتحدث عن روابط هيدروجينية قوية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على خصائص المواد ، فهي أقرب إلى الروابط الكيميائية الحقيقية. وهذا يتحدد ليس فقط من خلال الطاقة العالية نسبيًا للرابطة H ، ولكن أيضًا من خلال حقيقة أنها موضعية في الفضاء ، ولجسر الهيدروجين شركائه "الشخصيين". اتجاه عمل الرابطة الهيدروجينية ثابت أيضًا ، وإن لم يكن جامدًا مثل الروابط الكيميائية الحقيقية.
الرابطة الهيدروجينية من الجزيئات. إذا تم اكتشاف تكوين روابط H بشكل طيفي ، ولكن لا توجد علامات على الارتباط ، فهذا مؤشر صحيح على الطبيعة داخل الجزيئية لرابطة الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك ، تختفي الرابطة H بين الجزيئات (ومظاهرها الطيفية) عند تركيز منخفض لمادة في مذيب محايد ، بينما تظل رابطة H داخل الجزيء تحت هذه الظروف. هيدروجين...
الخامس رابطة الهيدروجين
Ø رابطة الهيدروجين يسمى التفاعل الكهروستاتيكي لذرة الهيدروجين ، المرتبط بعنصر كهرسلبي بقوة ، مع ذرات أخرى.
تتكون الروابط الهيدروجينية من ذرة هيدروجين مرتبطة بذرة فلور أو أكسجين أو نيتروجين. لا تكفي القدرة الكهربية للعناصر الأخرى لإجبار ذرة الهيدروجين المرتبطة بها على تكوين رابطة هيدروجينية قوية. دعونا نفكر في آلية تكوين رابطة الهيدروجين باستخدام مثال تفاعل جزيئات فلوريد الهيدروجين. تؤدي القدرة الكهربية العالية لذرة الفلور إلى حقيقة أن رابطة الهيدروجين والفلور في هذا الجزيء ذات قطبية عالية وأن زوج الإلكترونات الشائع يتحول إلى الفلور H®F. نظرًا لأن ذرة الهيدروجين لا تحتوي على غلاف إلكترون داخلي ، فإن سحب إلكترون التكافؤ الخاص بها يكشف تمامًا النواة ، وهي جسيم أولي - بروتون. لهذا السبب ، تمتلك ذرة الهيدروجين شديدة الاستقطاب مجالًا إلكتروستاتيكيًا قويًا للغاية ، ونتيجة لذلك تنجذب إلى ذرة الفلور لجزيء فلوريد الهيدروجين الآخر مع تكوين رابطة هيدروجينية:
تحتوي رابطة الهيدروجين على الميزات التالية:
1. رابطة الهيدروجين قابلة للتشبع. تشكل ذرة الهيدروجين رابطة هيدروجينية واحدة فقط ؛ يمكن لشركائها المشاركة في تكوين العديد من الروابط الهيدروجينية.
2. رابطة الهيدروجين اتجاهية. عادةً ما يكون الجزء X-H × × × Y خطيًا ، على الرغم من أنه في بعض الحالات يمكن أن يكون زاويًا ، لكن قيمة زاوية الرابطة لا تختلف كثيرًا عن 180 درجة.
3. طاقة الرابطة الهيدروجينية منخفضة (8-40 كيلوجول / مول) وتمثل قيمة من نفس ترتيب طاقة التفاعل بين الجزيئات. كلما زادت قوة الرابطة الهيدروجينية ، زادت القدرة الكهربية لشريك ذرة الهيدروجين. إذن طاقة الرابطة H ×××× F هي 25-40 kJ / mol ، الرابطة H ×××× O - 19-21 kJ / mol ، الروابط N ×××× H و S ××× H - حوالي 8 كيلو جول / مول.
4. الرابطة الهيدروجينية غير متماثلة: في شظايا X-H × × × × X ، يكون طول الرابطة H × × × × X أكبر من طول HX.
الرابطة الهيدروجينية أطول من الرابطة التساهمية ولها طاقة أقل. ومع ذلك ، فإن لها تأثيرًا كبيرًا جدًا على الخصائص الفيزيائية للمواد ، مما يزيد بشكل كبير من نقاط انصهارها وغليانها. لذلك ، فلوريد الهيدروجين رر لذلك. -83 درجة مئوية و BP. +20 درجة مئوية ، بينما أقرب نظير لها ، كلوريد الهيدروجين ، يذوب عند -114 درجة مئوية ويغلي عند -85 درجة مئوية. في الواقع ، بسبب الروابط الهيدروجينية ، فإن الفلوروفلورين عبارة عن بوليمر يبدأ في الانفصال الجزئي فقط عند درجة حرارة قريبة من نقطة الغليان. ولكن حتى في الطور الغازي ، يوجد فلوريد الهيدروجين في شكل روابط صغيرة من الجزيئات ، بشكل رئيسي في شكل ثنائيات. يوجد فلوريد الهيدروجين في شكل جزيئات أحادية فقط عند درجات حرارة أعلى من 90 درجة مئوية. تتشكل روابط هيدروجينية قوية جدًا بواسطة جزيء ماء محاط بأربعة جيران في حالة بلورية (جليد).
توجد أيضًا شبكة ثلاثية الأبعاد من الروابط الهيدروجينية المبنية من رباعي الأسطح في الماء السائل في نطاق درجة الحرارة بالكامل من ذوبان الجليد إلى الغليان.
جنبا إلى جنب مع الجزيئات ، هناك ضمجزيئي عامل ضمن الجزيئالروابط الهيدروجينية ، التي ليس لها مثل هذا التأثير الكبير على الخصائص الفيزيائية للمادة.
حمض الفورميك HCOOH والعديد من الأحماض الكربوكسيلية الأخرى في الحالة السائلة والغازية تشكل ثنائيات دورية بسبب الروابط الهيدروجينية.
تلعب الروابط الهيدروجينية دورًا مهمًا جدًا في تنظيم العديد من الجزيئات الكبيرة المهمة بيولوجيًا (حلزونات ألفا وبنى من البروتينات والببتيدات المتعددة ، الحلزون المزدوج للحمض النووي ، إلخ).
الخامس قوى التفاعل الجزيئي .
Ø قوى التفاعل الجزيئي (قوات فان دير فال) تسمى قوى الجذب الكهروستاتيكي لثنائيات أقطاب المادة.
يتميز هذا النوع من التفاعل بين الجزيئات الذرية والجزيئية بعدد من الميزات:
1. التفاعل بين الجزيئات ضعيف نسبيًا. التأثيرات المقابلة هي أقل بمقدار واحد أو اثنين من التأثيرات الحرارية لتشكيل الروابط التساهمية. وبالتالي ، فإن طاقة الارتباط لجزيء H 2 هي 432 كيلوجول / مول ، بينما المحتوى الحراري لتسامي الهيدروجين المتبلور المرتبط بالتفاعل بين الجزيئات هو 2.1 كيلوجول / مول.
2. التفاعل بين الجزيئات غير محدد. تعمل قوى فان دير فال بين مجموعة متنوعة من الجزيئات ، متشابهة أو مختلفة.
3. إن قوى فان دير فال ذات طبيعة إلكتروستاتيكية ، وبالتالي فإن التفاعل بين الجزيئات غير مشبع وغير اتجاهي.
وفقًا لأصل ثنائيات الأقطاب المتفاعلة ، يتم تمييز ثلاثة أنواع من قوى التفاعل بين الجزيئات:
· التفاعل التوجيهي - التجاذب الكهروستاتيكي لثنائيات أقطاب المادة الدائمة ، والتي يتم توجيهها فيما يتعلق ببعضها البعض بواسطة أقطاب متقابلة.
يتم التعبير عن طاقة التفاعل التوجيهي لجزيئين متطابقين (تأثير التوجيه) بالمعادلة التالية:
(9),
حيث م هي العزم ثنائي القطب للجزيء ، ص هي المسافة بين الجزيئات.
· التفاعل الاستقرائي - التجاذب الكهروستاتيكي لثنائي القطب الثابت والمستحث (المستحث).
(10),
حيث أ هي قابلية استقطاب الجزيء.
· تفاعل التشتت - التجاذب الكهروستاتيكي للأقطاب الدقيقة الفورية للمادة. إن ظهور الأقطاب الدقيقة اللحظية ناتج عن انتهاك عشوائي لتناظر توزيع كثافة الإلكترون في الجسيم ، مما يؤدي إلى ظهور أقطاب كهربائية واختفائها. عندما تتجلى قوى تفاعل التشتت ، تظهر أقطاب صغيرة فورية وتختفي بشكل متزامن ، ويتم توجيهها بطريقة تنجذب بها الجسيمات.
(11),
حيث h هو ثابت بلانك ، n 0 هو التردد الاهتزازي للجزيئات عند درجة حرارة الصفر المطلق.
بطبيعة الحال ، تزداد مساهمة تفاعل التشتت في طاقة التفاعل بين الجزيئات مع زيادة قابلية الاستقطاب للجزيء. على سبيل المثال ، بالنسبة لـ HI ، فإن طاقة تفاعل التشتت (60.47 كيلوجول / مول) هي 98.5٪ من طاقة قوى التفاعل بين الجزيئات.
يؤدي عمل قوى فان دير فال إلى تقارب الجسيمات الذرية والجزيئية التي لا ترتبط برابطة كيميائية بحالة توازن معينة يتم فيها موازنة قوى الجذب بقوى التنافر. في هذه الحالة ، يمكن تمثيل المسافة بين الذرات كمجموع ما يسمى نصف قطر فان دير فال (الجدول 3.3).
مفهوم الرابطة الهيدروجينية
يمكن لذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة كهربية قوية (أكسجين ، فلور ، كلور ، نيتروجين) أن تتفاعل مع زوج إلكترون غير مشترك من ذرة كهربية قوية أخرى لهذا الجزيء أو جزيء آخر لتكوين رابطة إضافية ضعيفة - رابطة هيدروجينية. في هذه الحالة ، يمكن تحقيق التوازن
الصورة 1.
يتم تحديد مظهر رابطة الهيدروجين مسبقًا من خلال حصرية ذرة الهيدروجين. ذرة الهيدروجين أصغر بكثير من الذرات الأخرى. سحابة الإلكترون التي شكلتها والذرة الكهربية تتحول بقوة نحو الأخير. نتيجة لذلك ، تظل نواة الهيدروجين محمية بشكل ضعيف.
يمكن أن تتقارب ذرات الأكسجين لمجموعات الهيدروكسيل لجزيئين من الأحماض الكربوكسيلية أو الكحولات أو الفينولات بشكل وثيق بسبب تكوين روابط هيدروجينية.
تجذب الشحنة الموجبة لنواة ذرة الهيدروجين والشحنة السالبة لذرة أخرى كهربية. طاقة تفاعلهم قابلة للمقارنة مع طاقة الرابطة السابقة ، لذا فإن البروتون مرتبط بذرتين في وقت واحد. قد تكون الرابطة بالذرة الكهربية الثانية أقوى من الرابطة الأصلية.
يمكن للبروتون أن ينتقل من ذرة كهربية إلى أخرى. إن حاجز الطاقة لمثل هذا الانتقال لا يكاد يذكر.
تعتبر الروابط الهيدروجينية من بين الروابط الكيميائية ذات القوة المتوسطة ، ولكن إذا كان هناك العديد من هذه الروابط ، فإنها تساهم في تكوين هياكل قاتمة أو بوليمرية قوية.
مثال 1
تكوين رابطة هيدروجينية في التركيب الحلزوني $ \ alpha $ لحمض deoxyribonucleic ، هيكل شبيه بالماس من الجليد البلوري ، إلخ.
تكون النهاية الموجبة لثنائي القطب في مجموعة الهيدروكسيل عند ذرة الهيدروجين ، لذلك يمكن تكوين رابطة من خلال الهيدروجين مع الأنيونات أو الذرات الكهربية التي تحتوي على أزواج إلكترونية غير مشتركة.
في جميع المجموعات القطبية الأخرى تقريبًا ، تقع النهاية الإيجابية لثنائي القطب داخل الجزيء وبالتالي يصعب الوصول إليها للربط. بالنسبة للأحماض الكربوكسيلية $ (R = RCO) $ ، الكحولات $ (R = Alk) $ ، الفينولات $ (R = Ar) $ النهاية الإيجابية لثنائي القطب $ OH $ تقع خارج الجزيء:
أمثلة لإيجاد النهاية الموجبة لثنائي القطب $ C-O ، S-O ، P-O $ داخل الجزيء:
الشكل 2: الأسيتون ، ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) ، ثلاثي ميثيل الفوسفوريك (HMPTA)
نظرًا لعدم وجود عوائق فاصلة ، فإن الترابط الهيدروجيني سهل. يتم تحديد قوتها بشكل أساسي من خلال حقيقة أنها ذات طبيعة تساهمية في الغالب.
عادة ، يُشار إلى وجود رابطة هيدروجينية بخط منقط بين المتبرع والمقبول ، على سبيل المثال ، في الكحوليات
الشكل 3
عادةً ما تكون المسافة بين ذرتي أكسجين ورابطة هيدروجينية أقل من مجموع نصف قطر فان دير فالس لذرات الأكسجين. يجب أن يكون التنافر المتبادل لقذائف الإلكترون لذرات الأكسجين موجودًا. ومع ذلك ، يتم التغلب على قوى التنافر بواسطة قوة رابطة الهيدروجين.
طبيعة الرابطة الهيدروجينية
تكمن طبيعة الرابطة الهيدروجينية في الطابع الكهروستاتيكي ومتقبل المانح. يلعب التفاعل الكهروستاتيكي الدور الرئيسي في تكوين طاقة الرابطة الهيدروجينية. في تكوين رابطة هيدروجينية بين الجزيئات ، تشارك ثلاث ذرات ، والتي تقع تقريبًا على نفس الخط المستقيم ، لكن المسافات بينها ، في نفس الوقت ، مختلفة. (الاستثناء هو الرابط $ F-H \ cdots F- $).
مثال 2
بالنسبة للروابط الهيدروجينية بين الجزيئات في الجليد $ -O-H \ cdots OH_2 $ ice ، فإن مسافة $ O-H $ هي 0.097 دولار نانومتر ، والمسافة $ H \ cdots O $ هي 0.179 دولار نانومتر.
تتراوح طاقة معظم الروابط الهيدروجينية بين 10-40 دولارًا لكل مول ، وهو أقل بكثير من طاقة الرابطة التساهمية أو الأيونية. يمكن ملاحظة أن قوة الروابط الهيدروجينية تزداد مع زيادة حموضة المتبرع وقاعدة متقبل البروتون.
أهمية الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات
تلعب رابطة الهيدروجين دورًا أساسيًا في مظاهر الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركب.
الروابط الهيدروجينية لها التأثير التالي على المركبات:
روابط الهيدروجين داخل الجزيئية
في الحالات التي يكون فيها إغلاق دورة مكونة من ستة أعضاء أو خمسة أعضاء ممكنًا ، يتم تكوين روابط هيدروجين داخل الجزيئية.
إن وجود روابط هيدروجينية داخل الجزيئية في الساليسيل ألدهيد وأو-نتروفينول هو سبب الاختلاف في خواصها الفيزيائية عن تلك المناظرة. ميتاو زوج-نظائر.
$ o $ -Hydroxybenzaldehyde أو salicylaldehyde $ (A) $ و $ o $ -nitrophenol (B) لا يشكلان روابط بين الجزيئات ، لذلك لديهم نقاط غليان أقل. إنها ضعيفة الذوبان في الماء ، لأنها لا تشارك في تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع الماء.
الشكل 5
$ o $ -Nitrophenol هو الوحيد من بين الممثلين الأيزومريين الثلاثة للنيتروفينول القادر على التقطير بالبخار. هذه الخاصية هي أساس عزلها عن خليط من أيزومرات النيتروفينول ، والذي يتكون نتيجة نترات الفينولات.
الرابطة الهيدروجينية هي نوع خاص من الروابط التي تنفرد بها ذرات الهيدروجين. يحدث عندما ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة من أكثر العناصر الكهربية ، وخاصة الفلور والأكسجين والنيتروجين. ضع في اعتبارك تكوين رابطة هيدروجينية على مثال فلوريد الهيدروجين. تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترون واحد ، حيث يمكنها أن تشكل رابطة تساهمية واحدة فقط مع ذرات العناصر الكهربية. عندما يتشكل جزيء فلوريد الهيدروجين ، تحدث رابطة HF ، يتم تنفيذها بواسطة زوج إلكترون مشترك ، والذي يتم إزاحته إلى ذرة عنصر أكثر كهرسلبية - الفلور.
نتيجة لهذا التوزيع لكثافة الإلكترون ، فإن جزيء فلوريد الهيدروجين هو ثنائي القطب ، قطبه الموجب عبارة عن ذرة هيدروجين. نظرًا لحقيقة أن زوج الإلكترون الملزم قد تم إزاحته إلى ذرة الفلور ، فإن نواة ذرة الهيدروجين مكشوفة جزئيًا ويتم تحرير مدار ls لهذه الذرة جزئيًا. في أي ذرة أخرى ، يتم حماية الشحنة الموجبة للنواة ، حتى بعد إزالة إلكترونات التكافؤ ، بواسطة قذائف إلكترونية داخلية ، والتي توفر تنافرًا من غلاف الإلكترون للجزيئات الأخرى. لا يحتوي الهيدروجين على مثل هذه الأصداف ، والنواة عبارة عن جسيم دون ذري صغير للغاية موجب الشحنة - بروتون (قطره أصغر بحوالي 10 5 مرات من أقطار الذرات الأخرى ، نظرًا لغياب الإلكترونات التي تجذبها غلاف الإلكترون ذرة محايدة أخرى أو أيون سالب الشحنة).
إن قوة المجال الكهربائي بالقرب من ذرة الهيدروجين المكشوفة جزئيًا كبيرة جدًا بحيث يمكنها جذب القطب السالب للجزيء القطبي المجاور بشكل مكثف. نظرًا لأن هذا القطب السالب ليس سوى ذرة فلور بها ثلاثة أزواج من الإلكترونات غير المترابطة ، و 1 ثانية - مدار ذرة الهيدروجين فارغ جزئيًا ، عندئذ يحدث تفاعل متلقي-مانح بين ذرة الهيدروجين المستقطبة إيجابيًا لجزيء واحد والاستقطاب السلبي ذرة الفلور من جزيء آخر مجاور.
وهكذا ، جنبًا إلى جنب مع التفاعل الكهروستاتيكي ، يلعب تفاعل المتلقي-المانح أيضًا دورًا مهمًا في تكوين رابطة هيدروجينية. نتيجة لهذا التفاعل ، تنشأ رابطة إضافية (ثانية) بمشاركة ذرة الهيدروجين. هذا ما هو عليه رابطة الهيدروجين . عادةً ما يُرمز إليه بالنقاط: ... F F H ... نظام الذرات الثلاث المتكون بسبب الترابط الهيدروجيني ، كقاعدة عامة ، خطي.
تختلف الرابطة الهيدروجينية عن الرابطة التساهمية في الطاقة والطول. إنه أطول وأقل متانة من التساهمية. طاقة الرابطة الهيدروجينية 8 - 40 كيلوجول / مول ، تساهمية 80-400 كيلوجول / مول. وهكذا ، في فلوريد الهيدروجين الصلب ، يبلغ طول الرابطة التساهمية F - H 95 م ، بينما يبلغ طول رابطة الهيدروجين H - F 156 م. بسبب الروابط الهيدروجينية بين جزيئات HF ، تتكون بلورات فلوريد الهيدروجين الصلبة من سلاسل متعرجة مسطحة لا نهاية لها.
يتم حفظ الروابط الهيدروجينية بين جزيئات HF جزئيًا في السائل وحتى في فلوريد الهيدروجين الغازي.
يتم كتابة رابطة الهيدروجين بشكل مشروط بثلاث نقاط ويتم تصويرها على النحو التالي:
حيث X ، Y هي ذرات F ، O ، N ، Cl ، S.
يتم تحديد طاقة وطول الرابطة الهيدروجينية بواسطة العزم ثنائي القطب للرابطة X-H وحجم الذرة Y. ينخفض طول الرابطة الهيدروجينية ، وتزداد الطاقة مع زيادة الفرق بين الكهربية الكهربية لـ ذرات X و Y (وبالتالي ، العزم ثنائي القطب للرابطة X-H) ومع انخفاض في حجم ذرة Y.
تشكل الروابط الهيدروجينية أيضًا جزيئات بها روابط O - H (على سبيل المثال ، الماء H 2 O ، وحمض البيركلوريك HClO 4 ، وحمض النيتريك HNO 3 ، والأحماض الكربوكسيلية RCOOH ، والفينولات C 6 H 5 OH ، والكحولات ROH) و N - H (على سبيل المثال ، الأمونيا NH 3 ، حمض الثيوسيانيك HNCS ، الأميدات العضوية RCONH 2 والأمينات RNH 2 و R2 NH).
تختلف المواد التي ترتبط جزيئاتها بواسطة روابط هيدروجينية في خصائصها عن المواد التي تشبهها في بنية الجزيئات ، ولكنها لا تشكل روابط هيدروجينية. نقاط الانصهار والغليان للمركبات مع الهيدروجين لعناصر مجموعة IVA ، حيث لا توجد روابط هيدروجينية ، تنخفض تدريجياً مع انخفاض في عدد الفترة (الشكل 15). في المركبات التي تحتوي على الهيدروجين لعناصر من المجموعات VA-VIIA ، تم انتهاك هذا الاعتماد. تحتوي ثلاث مواد ترتبط جزيئاتها بواسطة روابط هيدروجينية (الأمونيا NH 3 وماء H 2 O وفلوريد الهيدروجين HF) على نقاط غليان وانصهار أعلى بكثير من نظيراتها. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه المواد بنطاقات درجة حرارة أوسع في الحالة السائلة ، وارتفاع درجات حرارة الاندماج والتبخر.
تلعب الرابطة الهيدروجينية دورًا مهمًا في عمليات التبلور وانحلال المواد ، وكذلك في تكوين الهيدرات البلورية.
يمكن أن يحدث الترابط الهيدروجيني ليس فقط بين الجزيئات (رابطة الهيدروجين بين الجزيئات ، MVS) ، كما هو الحال في جميع الأمثلة التي تمت مناقشتها أعلاه ، ولكن أيضًا بين ذرات نفس الجزيء (رابطة الهيدروجين داخل الجزيئية ، VVS) . على سبيل المثال ، بسبب الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئية بين ذرات الهيدروجين للمجموعات الأمينية وذرات الأكسجين لمجموعات الكربونيل ، تتشكل سلاسل البولي ببتيد الحلزونية ، وتشكل جزيئات البروتين.
تلعب الروابط الهيدروجينية دورًا مهمًا في عمليات تكاثر البروتين والتخليق الحيوي. يتم تثبيت شريطين من الحلزون المزدوج للحمض النووي معًا بواسطة روابط هيدروجينية. في عملية المضاعفة ، يتم كسر هذه الروابط. أثناء النسخ ، يحدث تخليق الحمض النووي الريبي باستخدام الحمض النووي كقالب أيضًا بسبب تكوين روابط هيدروجينية. كلتا العمليتين ممكنتين لأن الروابط الهيدروجينية تتشكل بسهولة ويمكن كسرها بسهولة.
أرز. 15 نقطة انصهار (أ) ونقاط الغليان (ب) للمركبات الثنائية للعناصر IV-VIIA - مجموعات مع الهيدروجين
أسئلة لضبط النفس
1. هل يمكن إجراء رابطة كيميائية بواسطة إلكترون واحد؟
2. ما هي المؤشرات التي تميز قوة الرابطة الكيميائية؟
هل يمكن أن يكون طول الرابطة مساويًا لمجموع نصف قطر ذرتين معزولتين تدخلان في رابطة كيميائية؟4. ما الذي يجب أن تمتلكه الجسيمات الكيميائية من أجل إنشاء رابطة تساهمية فيما بينها بواسطة آلية المتبرع المتلقي؟
5. ما الذي يحدد تكافؤ ذرات العناصر في مركب كيميائي؟
6. ما الذي يحد من عدد الروابط التساهمية التي تتكون من ذرة أي عنصر في مركب كيميائي؟
7. ما هو سبب تهجين مدارات الإلكترون للذرات المشاركة في تكوين الروابط التساهمية؟
8. ما المدارات الذرية يمكن تهجينها؟
9. ما هو نوع تهجين المدارات الذرية الذي يتم إجراؤه في الغالب في مركبات غير عضوية؟
10. ما هو مقياس قطبية الرابطة التساهمية؟ كيف تقاس؟
11. ما يسمى الكهربية لذرة عنصر؟
12. تحديد الروابط التساهمية والأيونية والمعدنية والهيدروجينية.
13. لماذا لا يحتوي الميثان ، قياسا على الأمونيا وفلوريد الهيدروجين والماء ، على درجة غليان عالية بشكل غير طبيعي؟
14. ما هو تكافؤ ذرة الكربون في جزيء ثاني أكسيد الكربون؟
15. هل يمكن أن يحدث تفاعل بين HF و SiF؟
16. ما هو تعدد الرابطة التساهمية في جزيء NO؟
17. حدد نوع التهجين لمدارات الإلكترون لذرة الكربون في جزيء ثاني أكسيد الكربون.
18. هل التكوين الهندسي لجزيئات BF 3 و NF 3 هو نفسه؟
19. العزم ثنائي القطب لجزيء HCN هو 2.9 D. احسب طول ثنائي القطب.
الاختبارات
1. طول الرابطة التساهمية هو الأكبر في الجزيء ....
1) حمض الهيدروكلوريك 2) NI 3) HBr 4) HF
2. يظهر أقصى ميل لتكوين مركبات كيميائية برابطة أيونية بواسطة ذرات العناصر ....
1) Cu و Cl 2) H و Cl 3) Li و Cl 4) C و Cl
3. جزيء BeF 2 (فلوريد البريليوم الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
1) HF ، H 2 O ، NH 3 2) H 2 O ، H 2 Se ، H 2 S
3) Hcl ، NI ، HBr 4) NH 3 ، NCl 3 ، NF 3
2. يمكن تشكيل روابط π نتيجة تداخل السحب الإلكترونية من النوع.
1) s و p 2) s و s 3) p و p 4) s و d
3. جزيء الأمونيا له ... هيكل.
1) ثلاثي الزوايا 2) هرمي
3) الزاوي 4) رباعي السطوح
1. يزداد قطبية الرابطة التساهمية في السلسلة ....
1) CCl 4 ، CH 4 ، CO 2 2) CH 4 ، NH 3 ، H 2 O
3) HF ، H 2 O ، H 2 Se 4) NH 3 ، NCl 3 ، NBr 3
2. في جزيء كبريتيد الهيدروجين ... ممكن.
1) سندات فقط
2) سندات فقط
3) كلا من السندات-و
3. جزيء SnCl 4 (كلوريد القصدير الغازي) له هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
1. قطبية الرابطة التساهمية في سلسلة HCl - HBr - HI ....
1) يزيد
2) لا يتغير
3) النقصان
4) يتناقص في البداية ثم يزيد
2. عدد الروابط المزدوجة هو نفسه في الجزيئات ....
1) ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت 3 2) H 2 SO 4 و HClO 4
3) SO 2 و H 2 SO 4 4) N 2 و C 2 H 2
3. جزيء SnCl 2 (كلوريد القصدير الغازي) له هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) رباعي السطوح 4) هرمي
1. في بلورات الرابطة الكيميائية NaF ، RbCl ، CsCl ....
عدد الروابط π هو نفسه في الجزيئات ....1) C 2 H 4 و CO 2 2) SO 3 و H 2 SO 4
3) N 2 و C 2 H 4 4) CO 2 و C 2 H 2
3. جزيء الميثان له ... هيكل.
1) الزاوي 2) رباعي السطوح
3) هرمي 4) ثلاثي الزوايا
1. في جزيئات O 2 ، N 2 ، Cl 2 ، H 2 ، الرابطة ...
1) أيوني 2) قطبي تساهمي
3) تساهمية غير قطبية 4) معدنية
2. عدد الروابط هو نفسه في… الجزيئات.
1) C 2 H 4 و PCl 5 2) SO 2 و C 2 H 2
3) SO 2 Cl 2 و COCl 2 4) H 2 SO 4 و ROSl 3
3. جزيء كبريتيد الهيدروجين له ... هيكل.
1) الزاوي 2) رباعي السطوح
3) خطي 4) هرمي
1) Cl 2 2) SO 2 3) NH 3 4) H 2 S
2. في جزيء النيتروجين ...
3) سندات-واثنتان 4) سندات-واثنتان
3. جزيء AlCl 3 (كلوريد الألومنيوم الغازي) له ... هيكل.
3) رباعي السطوح 4) الزاوي
1. يكون طول الرابطة التساهمية أطول في الجزيء الثاني في حالة المركبات ....
1) Cl 2 و N 2 2) SO 2 و CO 2 3) CF 4 و CH 4 4) F و HBr
2. زاوية التكافؤ في السلسلة NH 3 - PH 3 - AsH 3 ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
3. جزيء GaCl 3 (كلوريد الغاليوم الغازي) له ... هيكل.
1) هرمي 2) ثلاثي الزوايا
3) رباعي السطوح 4) الزاوي
1. في سلسلة LiF - BeF 2 - BF 3 - CF 4 - NF 3 - من 2 - F 2 ....
2. النوع الأيوني من السندات ....
1) كلوريد البوتاسيوم 2) أكسجين (II) فلوريد
3) كربون (رابعا) فلوريد 4) فوسفور (ثالثا) كلوريد
3. جزيء MgCl 2 (كلوريد المغنيسيوم الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
1) بوكل 2) حمض الهيدروكلوريك 3) CCl 4 4) NH 4 Cl
2. الرابطة القطبية التساهمية لها ...
1) الماس 2) الأمونيا 3) الفلور 4) الكوبالت
3. جزيء AsH 3 له الهيكل ....
1) خطي 2) ثلاثي الزوايا
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. في سلسلة NaCl - MgCl 2 - AlCl 3 - SiCl 4 - PCl 3 - Cl 2 ....
1) تم تعزيز الطبيعة الأيونية للسند
2) يتم تعزيز الطبيعة التساهمية للرابطة
3) تضعف الطبيعة التساهمية للرابطة
4) الطبيعة الأيونية للسند لا تتغير
2. الرابطة التساهمية غير القطبية لها ...
1) كلوريد الصوديوم 2) الكلور
3) كلوريد الهيدروجين 4) الزنك
3. جزيء CCl 4 له البنية ...
1) الزاوي 2) الهرمي
1. يتم تكوين الرابطة التساهمية بواسطة آلية المتبرع المتلقي في ....
1) NaF 2) HF 3) (HF) 2 4) HBrF 4
2. في جزيء N 2 ، تحتوي ذرات النيتروجين ...
1) التكافؤ يساوي حالة الأكسدة
2) التكافؤ أكبر من درجة الأكسدة
3) حالة التكافؤ والأكسدة معاكسة في الإشارة
4) التكافؤ أقل من درجة الأكسدة
3. جزيء كبريتيد الهيدروجين له هيكل ....
1) خطي 2) زاوي
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. زاوية التكافؤ في سلسلة الجزيئات H 2 O، H 2 S، H 2 Se، H 2 Te ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. يظهر أقصى ميل لتكوين مركبات ذات رابطة أيونية بواسطة العناصر ....
1) Rb و F 2) Cu و F 3) H و F 4) C و F
3. جزيء GeCl 2 [كلوريد الجرمانيوم (II) الغازي] له ... هيكل.
1) خطي 2) زاوي
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. زاوية التكافؤ في سلسلة الجزيئات NH 3 ، PH 3 ، AsH 3 ....
1) يزيد
2) النقصان
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. عندما تتشكل رابطة في جزيء HBr ، تتداخل سحب الإلكترون من النوع.
3. جزيء GeCl 4 [كلوريد الجرمانيوم الغازي (IV)] له ... هيكل.
1) خطي 2) زاوي
3) هرمي 4) رباعي السطوح
قوة الرابطة الكيميائية في سلسلة BF 3 - AlF 3 - GaF 3 - InF 3 ....1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. عندما تتشكل الروابط في جزيء أكسجين ، تتداخل سحب الإلكترون من النوع.
1) s و 2) s و p 3) p و p 4) p و d
3. جزيء BCl 3 له ... هيكل.
1) خطي 2) ثلاثي الزوايا
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. قوة الرابطة التساهمية في السلسلة H 2 S - H 2 Se - H 2 Te ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) ينخفض أولاً ثم يزيد
2. أثناء تكوين الروابط في جزيء النيتروجين ، تتداخل سحب الإلكترون من النوع.
1) s و 2) s و p 3) p و p 4) p و d
3. جزيء 2 له هيكل ....
1) خطي 2) هرمي
3) رباعي السطوح 4) الزاوي
1. قوة الرابطة الكيميائية في سلسلة SnCl 4 - GeCl 4 - SiCl 4 - CCl 4 ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. طول الرابطة التساهمية هو الأصغر في الجزيء ....
1) Cl 2 2) F 2 3) I 2 4) Br 2
3. جزيء الفوسفين PH 3 له ... هيكل
1) هرمي 2) رباعي السطوح
3) الزاوي 4) ثلاثي الزوايا
1. طول الرابطة التساهمية هو الأصغر في الجزيء ....
1) الرقم الهيدروجيني 3 2) H 2 S 3) SiH 4 4) حمض الهيدروكلوريك
2. في جزيء الأمونيا ، ... تتشكل.
1) سندات فقط 2) سندات فقط
3) سندات-واثنتان 4) سندات-وواحدة
1) هرمي 2) ثلاثي الزوايا
3) رباعي السطوح 4) الزاوي
1. يزداد طول الرابطة التساهمية في السلسلة ....
1) Cl 2 ، N 2 ، O 2 2) Hcl ، HF ، HBr
3) AlCl 3، GaCl 3، InCl 3 4) H 2 Se، H 2 S، H 2 Te
2. النوع الأيوني من السندات ....
1) كلوريد البورون 2) كلوريد السيزيوم
3) الفوسفور (III) كلوريد 4) كلوريد الهيدروجين
3. جزيء GeCl 2 (كلوريد الجرمانيوم الغازي) له البنية ...
1) الزاوي 2) الخطي
1. قوة الرابطة التساهمية في السلسلة H 2 Se - H 2 S - H 2 O ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. تتشكل رابطة تساهمية بين الذرات ....
1) اللافلزات
2) نموذجية غير معدنية ومعدنية
3) المعدن
1. جزيء PbCl 2 (كلوريد الرصاص الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) ثلاثي الزوايا 4) هرمي
1. يزيد طول الاتصال في السلسلة ....
1) F 2 ، O 2 ، N 2 2) HBr ، HCl ، HF
3) BCl 3 ، AlCl 3 ، GaCl 3 4) H 2 S ، H 2 O ، NH 3
1) N 2 2) H 2 O 3) CCl 4 4) BCl 3
3. جزيء PbCl 4 (كلوريد الرصاص الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. طول الرابطة التساهمية هو الأصغر في الجزيء ....
1) H 2 Te 2) H 2 O 3) H 2 Se 4) H 2 S
2. مثال على جزيء غير قطبي له روابط تساهمية قطبية ...
1) O 2 2) CCl 4 3) H 2 S 4) حمض الهيدروكلوريك
3. جزيء CCl 4 له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) رباعي السطوح 4) هرمي
1. النوع الأيوني من السندات ...
1) ثلج 2) ملح طعام
3) الماس 4) النحاس المعدني
2. يتم تهجين المدارات الإلكترونية لذرة البريليوم في جزيء BeH 2 (هيدريد البريليوم الغازي) ... حسب النوع.
3. جزيء فين 2 (هيدريد البريليوم الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) ثلاثي السطوح 4) رباعي السطوح
1. يعتبر تكوين شبكة بلورية أيونية نموذجيًا لـ ....
1) يوديد السيزيوم 2) الجرافيت
3) اليود 4) الجليد
2. يتم تهجين المدارات الإلكترونية لذرة الألومنيوم في جزيء AlCl 3 (كلوريد الألومنيوم الغازي) ... حسب النوع.
1) sp 2) sp 2 3) sp 3 4) ق 2 ص
3. جزيء AlCl 3 (كلوريد الألومنيوم الغازي) له الهيكل ...
1) الزاوي 2) الخطي
3) ثلاثي الزوايا 4) هرمي
1. تناقص قطبية الرابطة التساهمية في السلسلة ....
1) HF، NI، HCl 2) NH 3، H 2 O، HF
3) H 2 O، H 2 S، H 2 Se 4) NH 3، H 2 S، HF
2. يتم تهجين المدارات الإلكترونية لذرة الجرمانيوم في جزيء GeCl 4 (كلوريد الجرمانيوم الغازي) حسب النوع.
3. جزيء GeCl 4 (كلوريد الجرمانيوم الغازي) له ... هيكل.
1) الزاوي 2) الخطي
3) هرمي 4) رباعي السطوح
1. في جزيئات حمض الهيدروكلوريك ، NH 3 ، H 2 Se الرابطة الكيميائية ...
1) الهيدروجين 2) قطبي تساهمي
3) التساهمية غير القطبية 4) الأيونية
2. مثال على جزيء قطبي له روابط تساهمية قطبية ...
1) H 2 O 2) N 2 3) AlCl 3 4) CCl 4
3. جزيء H 2 Se له ... هيكل.
1) هرمي 2) زاوي
3) رباعي السطوح 4) خطي
1. درجة أيونية الرابطة في سلسلة NiCl 2 - CaCl 2 - KCl - RbCl ....
1) يضخم
2) يضعف
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. مثال على جزيء غير قطبي له روابط تساهمية قطبية ...
1) H 2 2) AsH 3 3) VeH 2 4) H 2 S
3. رابطة هيدروجينية تربط الجزيئات ...
1) الهيدروجين 2) فلوريد الهيدروجين
3) تيلوريد الهيدروجين 4) هيدريد الزرنيخ
1. درجة أيونية الرابطة في سلسلة AlCl 3 - SiCl 4 - PCl 5 ....
1) النقصان
2) يزيد
3) لا يتغير
4) يزيد أولاً ثم ينقص
2. يتم تهجين مدارات ذرة السيليكون في جزيء SiH 4 ... حسب النوع.
1) sp 2) sp 2 3) sp 3 4) ق 2 ص 2
3. جزيء silane SiH 4 له ... هيكل.
1) هرمي 2) زاوي
3) رباعي السطوح 4) ثلاثي الزوايا
المؤلفات
1) Kileev R.G. ، Vekshin V.V. دليل الكيمياء العامة - إيجيفسك: دار النشر "جامعة أودمورت" ، 2004. - ص 101 - 138.
2) الكيمياء: كتاب مدرسي لطلاب مؤسسات التعليم العالي / N.N. فولكوف ، م. ميليكوفا. - م: مركز النشر "الأكاديمية" 2007. - م 28-44.
3) Slesarev S31-47
4) Glinka S.97-157 (كتاب مدرسي وكتاب مشاكل)
5) كنيازيف S.145-193
6) Ugai S.56-98
تم تقديم مصطلح "الرابطة الكيميائية" بواسطة A.M. Butlerov في عام 1863.
1 جول هو الشغل المبذول بقوة مقدارها 1 نيوتن على مسار 1 م.
يمكن أن ترفع الطاقة البالغة 1 كيلو جول 1 كجم من الحمولة بمقدار 102 م أو 102 كجم من الحمولة بمقدار 1 م. حدد Y. Mayer في عام 1842 المكافئ الميكانيكي للحرارة يساوي 427 كجم / كيلو كالوري. من هذا (مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن 1 kcal = 418.68 kJ) يتبع ذلك تكوين مادة كيميائية. الروابط في مول واحد من مادة ما ، يتم إطلاق الطاقة ، والتي يمكن أن تنتج عملًا يساوي 10200 - 102000 كجم. وهذا يعني أن مولًا واحدًا من مادة ما لديه طاقة كافية لرفع حمولة تزن 10.2 - 102 طن لكل متر واحد أو ، على العكس من ذلك ، لرفع 1 كجم بمقدار 102-1020 مترًا.
عن طريق القياس مع المدارات الذرية s- و p- و d- و f ، يتم الإشارة إلى المدارات الجزيئية بالحروف اليونانية σ ، π ، δ ،.
1 م (بيكومتر) = 10-12 م.
التكافؤ(من اللات. عيد الحب- قوة) الذرة هي قدرة ذرة عنصر على تكوين روابط كيميائية ؛ المقياس الكمي للتكافؤ (في إطار طريقة روابط التكافؤ) هو عدد الروابط المكونة من ذرة معينة مع ذرات أو مجموعات ذرية أخرى.
يتم تحديد التكافؤ (التساهمية) لذرة عنصر بشكل عام من خلال عدد المدارات التي يمكن استخدامها في تكوين الروابط الكيميائية.
المدارات الهجينة يشار إليها بالحرف "g".
ستكون الرابطة القطبية التساهمية أيضًا رابطة بين ذرات المعادن غير النمطية وغير الفلزية في حالة وجود اختلاف بسيط في قيم EO الخاصة بهم ، على سبيل المثال ، AlBr 3 ، GeH 4 ، إلخ.
الشحنة الفعالة (الحقيقية) للذرة هي الشحنة التي تنشأ على الذرة بسبب التحول في كثافة الإلكترون في الجزيء نحو ذرة أكثر كهرسلبية. في هذه الحالة ، تكتسب الذرة الأكثر كهربيًا شحنة فعالة سالبة (تسمى "-" ، وتكتسب الذرة الشريكة في الجزيء شحنة موجبة "+ δ"). تقاس قيمة الشحنة الفعالة بوحدات الشحنة المطلقة للإلكترون. بالنسبة للذرات التي تشكل رابطة تساهمية غير قطبية ، فإن الشحنة الفعالة هي صفر ، على سبيل المثال ، H - H. يمكن أن تكون الشحنة الفعالة بمثابة مقياس للأيونية للرابطة التساهمية. على سبيل المثال ، بالنسبة لكلوريد الهيدروجين HCl δ H \ u003d +0.2 ، δ Cl \ u003d -0.2 ، وتكون الرابطة في جزيء HCl تقريبًا أيوني 20 ٪ ، أي أنها قطبية وقريبة من التساهمية ؛ في كلوريد الصوديوم NaCl δ Na = +0.8 ، δ Cl = -0.8 ويمكننا القول أن الرابطة هي 80٪ أيونية.
ضمن النظام الدوري للكيمياء. العناصر مع زيادة في العدد الترتيبي للعنصر ، تنخفض قيم الشحنات الفعالة للذرات في المركبات أحادية الذرة. في المجموعات الفرعية الرئيسية ، مع زيادة العدد الترتيبي للعنصر ، تزداد الرسوم الفعالة. تتناقص الشحنة الفعالة لذرة من نفس العنصر في مركبات مختلفة مع تناقص قطبية الرابطة.
في جزيئات المركبات HF ، H 2 O ، NH 3 ، توجد روابط هيدروجينية مع عنصر كهرسلبي قوي (H-F ، H-O ، H-N). بين جزيئات هذه المركبات يمكن تشكيلها روابط الهيدروجين بين الجزيئات. في بعض الجزيئات العضوية التي تحتوي على روابط H-O و H-N ، روابط الهيدروجين داخل الجزيئية.
آلية تكوين الرابطة الهيدروجينية هي جزئيًا كهروستاتيكيًا ومتقبلًا جزئيًا للمانحين. في هذه الحالة ، تعمل ذرة عنصر كهرسلبي قوي (F ، O ، N) كمانح لزوج الإلكترون ، وتعمل ذرات الهيدروجين المتصلة بهذه الذرات كمستقبل. كما هو الحال مع الروابط التساهمية ، تتميز الروابط الهيدروجينية بـ اتجاهفي الفضاء و التشبع.
عادة ما يتم الإشارة إلى الرابطة الهيدروجينية بالنقاط: H. ··· F. تكون الرابطة الهيدروجينية أكثر وضوحًا ، وكلما زادت الكهربية للذرة الشريكة وصغر حجمها. إنه مميز بشكل أساسي لمركبات الفلور ، وكذلك الأكسجين ، إلى حد أقل من النيتروجين ، وبدرجة أقل للكلور والكبريت. في المقابل ، تتغير طاقة رابطة الهيدروجين أيضًا (الجدول 1).
الجدول 1. متوسط قيم طاقات رابطة الهيدروجين
الرابطة الهيدروجينية بين الجزيئات وداخل الجزيئات
بفضل الروابط الهيدروجينية ، يتم دمج الجزيئات في ثنائيات وزميلات أكثر تعقيدًا.تشكل جزيئات الماء روابط (H 2 O) 2 ، (H 2 O) 3 ، (H 2 O) 4 ؛ كحول (ج 2 ح 5 يا) 4. وهذا ما يفسر الزيادة في درجة غليان الكحول مقارنة بالهيدروكربونات ، ويلاحظ الذوبان الجيد للميثانول والإيثانول في الماء.تسمى رابطة الهيدروجين التي نشأت بين الجزيئات بين الجزيئات.
على سبيل المثال ، يمكن تمثيل تشكيل ثنائي هيدروكسي بينزالديهيد بواسطة المخطط التالي (الشكل 1).
أرز. 1. تشكيل روابط الهيدروجين بين الجزيئات فيباراهيدروكسي بينزالديهايد.
يمكن أن تحدث الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات المختلفة (رابطة الهيدروجين بين الجزيئات) وداخل الجزيء (رابطة الهيدروجين داخل الجزيئية).روابط الهيدروجين داخل الجزيئيةوتوجد في الكحوليات المتعددة الهيدروجين والكربوهيدرات والبروتينات والمواد العضوية الأخرى.
تأثير الرابطة الهيدروجينية على خواص المواد
المؤشر الأكثر ملاءمة لوجود رابطة هيدروجينية بين الجزيئات هو نقطة غليان المادة. ترجع نقطة غليان الماء الأعلى (100 درجة مئوية مقارنة بمركبات الهيدروجين لعناصر المجموعة الفرعية للأكسجين (H 2 S ، H 2 Se ، H 2 Te) إلى وجود روابط هيدروجينية: الطاقة الإضافية مطلوبة لتدمير الجزيئات روابط الهيدروجين في الماء.
يمكن أن تؤثر رابطة الهيدروجين بشكل كبير على بنية وخصائص المواد. يزيد وجود روابط هيدروجينية بين الجزيئات من نقاط انصهار وغليان المواد. يؤدي وجود رابطة هيدروجين داخل الجزيئية إلى حقيقة أن جزيء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) مطوي في حلزون مزدوج في الماء.
تلعب الرابطة الهيدروجينية أيضًا دورًا مهمًا في عمليات الذوبان ، حيث تعتمد القابلية للذوبان أيضًا على قدرة المركب على تكوين روابط هيدروجينية مع المذيب. نتيجة لذلك ، المواد التي تحتوي على مجموعات OH مثل السكر والجلوكوز والكحول والأحماض الكربوكسيلية قابلة للذوبان في الماء بشكل كبير.
أمثلة على المركبات: أحادي الهيدرات (ميثانول ، إيثانول) وكحولات متعددة الهيدروكسيل (جلسرين ، إيثيلين جلايكول) ، أحماض كربوكسيلية ، أمينات ، أحماض أمينية ، بروتينات ، ماء ، أمونيا ، فلوريد الهيدروجين ، أحماض كربوكسيلية تحتوي على أكسجين.
العم فانيا مؤامرة المسرحية. "العم إيفان. الموقف من أستاذ الآخرين
تساخيس الصغير ، الملقب بزينوبر
مايكوف ، أبولون نيكولايفيتش - سيرة ذاتية قصيرة