Phân tử không tạo liên kết hiđro. Liên kết hydro, tương tác giữa các phân tử

2. Xác định liên kết hiđro

Liên kết hình thành giữa nguyên tử hydro của một phân tử với nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện mạnh (O, N, F) của phân tử khác được gọi là liên kết hydro.

Có thể nảy sinh câu hỏi: chính xác tại sao hydro lại hình thành một liên kết hóa học cụ thể như vậy?

Điều này là do bán kính nguyên tử của hydro rất nhỏ. Ngoài ra, khi một electron độc thân bị dịch chuyển hoặc nhường hoàn toàn, hydro thu được điện tích dương tương đối cao, do đó hydro của một phân tử tương tác với nguyên tử của các nguyên tố mang điện âm có một phần điện tích âm là một phần của các phân tử khác (HF, H 2 O, NH 3).

Hãy xem một số ví dụ. Thông thường chúng ta biểu diễn thành phần của nước bằng công thức hóa học H 2 O. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn chính xác. Sẽ đúng hơn nếu biểu thị thành phần của nước theo công thức (H 2 O) n, trong đó n \ u003d 2.3.4, v.v. Điều này là do các phân tử nước riêng lẻ liên kết với nhau thông qua liên kết hydro.

Liên kết hydro thường được ký hiệu bằng dấu chấm. Nó yếu hơn nhiều so với liên kết ion hoặc cộng hóa trị, nhưng mạnh hơn tương tác giữa các phân tử thông thường.

Sự hiện diện của các liên kết hydro giải thích sự tăng thể tích của nước khi nhiệt độ giảm. Điều này là do thực tế là khi nhiệt độ giảm, các phân tử trở nên mạnh hơn và do đó mật độ "đóng gói" của chúng giảm.

Khi học hóa hữu cơ, câu hỏi sau đây cũng được đặt ra: tại sao nhiệt độ sôi của các ancol lại cao hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của các hiđrocacbon tương ứng? Điều này được giải thích là do các liên kết hydro cũng được hình thành giữa các phân tử rượu.

Sự gia tăng nhiệt độ sôi của rượu cũng xảy ra do sự mở rộng phân tử của chúng. Liên kết hydro cũng là đặc trưng của nhiều hợp chất hữu cơ khác (phenol, axit cacboxylic, v.v.). Từ các khóa học về hóa hữu cơ và sinh học đại cương, sự hiện diện của liên kết hydro giải thích cấu trúc bậc hai của protein, cấu trúc của chuỗi xoắn kép DNA, tức là hiện tượng bổ sung.

3. Các loại liên kết hiđro

Có hai loại liên kết hydro: liên kết hydro nội phân tử và liên kết giữa các phân tử. Nếu liên kết hydro hợp nhất các phần của một phân tử, thì chúng nói về liên kết hydro nội phân tử. Điều này đặc biệt đúng đối với nhiều hợp chất hữu cơ. Nếu liên kết hydro được hình thành giữa nguyên tử hydro của phân tử này với nguyên tử phi kim loại của phân tử khác (liên kết hydro liên phân tử) thì các phân tử tạo thành các cặp, chuỗi, vòng khá bền. Do đó, axit fomic tồn tại ở cả trạng thái lỏng và khí ở dạng dimer:

và hydro florua ở thể khí chứa các phân tử cao phân tử, bao gồm tối đa bốn hạt HF. Liên kết mạnh mẽ giữa các phân tử có thể được tìm thấy trong nước, amoniac lỏng, rượu. Các nguyên tử oxy và nitơ cần thiết cho sự hình thành liên kết hydro chứa tất cả các carbohydrate, protein, axit nucleic. Ví dụ, người ta biết rằng glucose, fructose và sucrose hoàn toàn hòa tan trong nước. Một vai trò quan trọng trong việc này là do các liên kết hydro được hình thành trong dung dịch giữa các phân tử nước và nhiều nhóm OH của cacbohydrat.

4. Năng lượng liên kết hydro

Có một số cách tiếp cận để xác định đặc điểm của liên kết hydro. Tiêu chí chính là năng lượng của liên kết hydro (R – X – H… B – Y), phụ thuộc cả vào bản chất của nguyên tử X và B và vào cấu trúc chung của phân tử RXH và BY. Phần lớn, nó là 10–30 kJ / mol, nhưng trong một số trường hợp, nó có thể đạt tới 60–80 kJ / mol và thậm chí cao hơn. Theo đặc điểm năng lượng, liên kết hydro mạnh và yếu được phân biệt. Năng lượng hình thành các liên kết hydro mạnh là 15–20 kJ / mol và hơn thế nữa. Chúng bao gồm liên kết O – H… O trong nước, rượu, axit cacboxylic, liên kết O – H… N, N – H… O và N – H… N trong các hợp chất có chứa nhóm hydroxyl, amit và amin, ví dụ như trong protein. Các liên kết hiđro yếu có năng lượng hình thành nhỏ hơn 15 kJ / mol. Giới hạn dưới của năng lượng liên kết hydro là 4–6 kJ / mol, ví dụ, liên kết C – H… O trong xeton, ete và dung dịch nước của các hợp chất hữu cơ.

Các liên kết hydro mạnh nhất được hình thành khi một hydro nhỏ (axit cứng) được liên kết đồng thời với hai nguyên tử nhỏ, có độ âm điện cao (bazơ cứng). Sự kết hợp quỹ đạo mang lại tương tác axit-bazơ tốt hơn và dẫn đến liên kết hydro mạnh hơn. Có nghĩa là, sự hình thành các liên kết hydro mạnh và yếu có thể được giải thích theo quan điểm của khái niệm axit và bazơ cứng và mềm (nguyên lý Pearson, nguyên lý HICA).

Năng lượng của liên kết H tăng khi điện tích dương trên nguyên tử hydro của liên kết X-H tăng và khi tăng chất nhận proton của nguyên tử B (tính cơ bản của nó). Mặc dù sự hình thành liên kết hydro được xem xét từ quan điểm của tương tác axit-bazơ, tuy nhiên, năng lượng hình thành phức chất H không tương quan chặt chẽ với cả thang độ axit và thang độ bazơ.

Một bức tranh tương tự cũng được quan sát trong trường hợp của mercaptan và rượu. Mercaptan là axit mạnh hơn rượu, nhưng rượu tạo thành liên kết mạnh hơn. Lý do cho sự bất thường rõ ràng như vậy là khá dễ hiểu, vì tính axit được xác định bởi giá trị pKa theo kết quả của sơ đồ hoàn chỉnh của tương tác axit-bazơ (trước khi hình thành các ion solvat hóa) và sự hình thành phức phân tử. với liên kết H chỉ là giai đoạn đầu tiên của quá trình này, không liên quan đến việc phá vỡ liên kết X. N. Trong dung môi trơ, tương tác axit - bazơ thường dừng lại ở giai đoạn tạo phức H.

Liên quan đến tính cơ bản của các hợp chất hữu cơ và khả năng của chúng tham gia vào việc hình thành liên kết H, cũng có sự khác biệt lớn ở đây. Vì vậy, với cùng khả năng tạo liên kết hydro, mức độ bazơ của amin cao hơn pyridin 5 bậc và mức độ bazơ cao hơn 13 bậc so với hợp chất cacbonyl được thế.

Trên cơ sở dữ liệu thực nghiệm, một mối tương quan tuyến tính đã được thiết lập giữa mức độ truyền điện tích và năng lượng của các liên kết H giữa các phân tử, đây là một lập luận quan trọng ủng hộ tính chất cho-nhận của chất này. Yếu tố Steric có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành liên kết hydro. Ví dụ, phenol được thay thế bằng ortho ít có xu hướng tự liên kết hơn so với các đồng phân meta và para tương ứng; sự liên kết hoàn toàn không có trong 2,6-di-tert.-butylphenol. Khi nhiệt độ tăng, số lượng phức phân tử trong hỗn hợp giảm, và chúng ít phổ biến hơn nhiều trong pha khí.

Ở đầu khóa học, người ta lưu ý rằng liên kết hydro chiếm vị trí trung gian giữa liên kết hóa học thực sự (hóa trị) và tương tác giữa các phân tử yếu. Gần hơn ở đâu? Câu trả lời là không rõ ràng, vì phạm vi dao động năng lượng của các liên kết H là khá rộng. Nếu chúng ta đang nói về các liên kết hydro mạnh có thể có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của các chất, thì chúng gần với các liên kết hóa học thực sự. Và điều này được xác định không chỉ bởi năng lượng khá cao của liên kết H, mà còn bởi thực tế là nó được bản địa hóa trong không gian, cầu hydro có các đối tác “cá nhân” của riêng nó. Hướng hoạt động của liên kết hydro cũng cố định, mặc dù không cứng như liên kết hóa học thực sự.

Liên kết hiđro từ liên phân tử. Nếu sự hình thành liên kết H được phát hiện bằng quang phổ, nhưng không có dấu hiệu liên kết, thì đây là một dấu hiệu chính xác về bản chất nội phân tử của liên kết hydro. Ngoài ra, liên kết H giữa các phân tử (và biểu hiện quang phổ của nó) biến mất ở nồng độ thấp của một chất trong dung môi trung tính, trong khi liên kết H nội phân tử vẫn duy trì trong các điều kiện này. Hydrogen ...

v liên kết hydro

Ø Liên kết hydro gọi là tương tác tĩnh điện của nguyên tử hiđrô, liên kết với nguyên tố có độ âm điện mạnh, với các nguyên tử khác.

Liên kết hydro được hình thành bởi một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử flo, oxy hoặc nitơ. Độ âm điện của các nguyên tố khác không đủ để buộc nguyên tử hydro liên kết với chúng tạo thành liên kết hydro mạnh. Chúng ta hãy xem xét cơ chế hình thành liên kết hydro bằng cách sử dụng ví dụ về sự tương tác của các phân tử hydro florua. Độ âm điện lớn của nguyên tử flo dẫn đến liên kết hiđro-flo trong phân tử này có cực và cặp electron chung chuyển thành flo H®F. Vì nguyên tử hydro không có lớp vỏ electron bên trong nên việc kéo electron hóa trị của nó gần như hoàn toàn làm lộ ra hạt nhân, đó là một hạt cơ bản - một proton. Vì lý do này, một nguyên tử hydro phân cực cao có một trường tĩnh điện rất mạnh, do đó nó bị hút bởi nguyên tử flo của một phân tử hydro florua khác với sự hình thành liên kết hydro:

Liên kết hydro có các đặc điểm sau:

1. Liên kết hiđro ở trạng thái bão hòa. Nguyên tử hydro chỉ tạo thành một liên kết hydro; các đối tác của nó có thể tham gia vào việc hình thành một số liên kết hydro.

2. Liên kết hiđro có hướng. Đoạn X-H × × × × Y thường là tuyến tính, mặc dù trong một số trường hợp, nó có thể là góc, nhưng giá trị của góc liên kết không chênh lệch nhiều so với 180 °.

3. Năng lượng liên kết hydro thấp (8-40 kJ / mol) và biểu thị một giá trị cùng bậc với năng lượng tương tác giữa các phân tử. Độ bền của liên kết hiđro càng cao thì độ âm điện của đối tác của nguyên tử hiđro càng lớn. Vì vậy, năng lượng liên kết H ×××× F là 25-40 kJ / mol, liên kết H ×××× O - 19-21 kJ / mol, liên kết N ×××× H và S ××× H - khoảng 8 kJ / mol.

4. Liên kết hydro không đối xứng: trong các đoạn X-H × × × × X, độ dài của liên kết H × × × × X lớn hơn độ dài của H-X.

Liên kết hydro dài hơn liên kết cộng hóa trị và có ít năng lượng hơn. Tuy nhiên, nó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của các chất, làm tăng đáng kể nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của chúng. Vì vậy, hiđro florua có pl. -83 ° С và bp. +20 ° С, trong khi chất tương tự gần nhất của nó, hydro clorua, nóng chảy ở -114 ° С và sôi ở -85 ° С. Trên thực tế, do các liên kết hydro, florofluorine là một polyme chỉ bắt đầu phân ly một phần ở nhiệt độ gần với nhiệt độ sôi. Nhưng ngay cả trong pha khí, hydro florua tồn tại ở dạng liên kết nhỏ của các phân tử, chủ yếu ở dạng dimer. Hydro florua chỉ tồn tại ở dạng phân tử đơn chất ở nhiệt độ trên 90 ° C. Các liên kết hydro rất mạnh được hình thành bởi một phân tử nước được bao quanh ở trạng thái tinh thể (băng) bởi bốn nước láng giềng.

Một mạng lưới ba chiều của các liên kết hydro được xây dựng từ tứ diện cũng tồn tại trong nước lỏng trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ từ băng tan đến sôi.

Cùng với liên phân tử, có trong phân tử liên kết hydro, không có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất vật lý của chất.

Axit fomic HCOOH và nhiều axit cacboxylic khác ở trạng thái lỏng và khí tạo thành mạch vòng do liên kết hiđro.

Liên kết hydro đóng một vai trò rất quan trọng trong tổ chức của nhiều đại phân tử quan trọng về mặt sinh học (xoắn α và cấu trúc b của protein và polypeptit, chuỗi xoắn kép DNA, v.v.).

v Lực lượng tương tác giữa các phân tử .

Ø Lực lượng tương tác giữa các phân tử (Lực Van der Waals) được gọi là lực hút tĩnh điện của các lưỡng cực của vật chất.

Loại tương tác này của các hạt nguyên tử và phân tử được phân biệt bởi một số đặc điểm:

1. Tương tác giữa các phân tử tương đối yếu. Các hiệu ứng tương ứng nhỏ hơn một hoặc hai bậc độ lớn so với hiệu ứng nhiệt của việc hình thành liên kết cộng hóa trị. Như vậy, năng lượng liên kết đối với phân tử H 2 là 432 kJ / mol, trong khi entanpi thăng hoa của hydro tinh thể liên kết với tương tác giữa các phân tử là 2,1 kJ / mol.

2. Tương tác giữa các phân tử không đặc hiệu. Lực Van der Waals tác động giữa nhiều loại phân tử, giống nhau hoặc khác nhau.

3. Lực Van der Waals có bản chất tĩnh điện, và do đó tương tác giữa các phân tử là không bền và không định hướng.

Theo nguồn gốc của tương tác lưỡng cực, ba loại lực tương tác giữa các phân tử được phân biệt:

· Tương tác định hướng - lực hút tĩnh điện của các lưỡng cực vĩnh viễn của vật chất, được định hướng đối với nhau bằng các cực trái dấu.

Năng lượng tương tác định hướng của hai phân tử giống hệt nhau (hiệu ứng định hướng) được biểu thị bằng phương trình sau:

(9),

trong đó m là momen lưỡng cực của phân tử, r là khoảng cách giữa các phân tử.

· Tương tác quy nạp - lực hút tĩnh điện của lưỡng cực không đổi và cảm ứng (cảm ứng).

(10),

trong đó a là độ phân cực của phân tử.

· Tương tác phân tán - lực hút tĩnh điện của các vi cực nhỏ tức thời của vật chất. Sự xuất hiện tức thời của các vi cực nhỏ là do sự vi phạm ngẫu nhiên tính đối xứng của sự phân bố mật độ electron trong hạt, dẫn đến sự xuất hiện và biến mất của các cột điện. Khi các lực của tương tác phân tán được biểu hiện, các vi cực nhỏ tức thời xuất hiện và biến mất đồng bộ, được định hướng theo cách mà các hạt bị hút.

(11),

trong đó h là hằng số Planck, n 0 là tần số dao động của các phân tử ở nhiệt độ không tuyệt đối.

Đương nhiên, sự đóng góp của tương tác phân tán vào năng lượng của tương tác giữa các phân tử tăng lên khi tính phân cực của phân tử tăng lên. Ví dụ, đối với HI, năng lượng tương tác phân tán (60,47 kJ / mol) bằng 98,5% năng lượng của lực tương tác giữa các phân tử.

Tác dụng của lực van der Waals dẫn đến sự hội tụ của các hạt nguyên tử và phân tử không bị ràng buộc bởi liên kết hóa học về một trạng thái cân bằng nhất định trong đó lực hút cân bằng với lực đẩy. Trong trường hợp này, khoảng cách giữa các nguyên tử có thể được biểu diễn bằng tổng của cái gọi là bán kính van der Waals (Bảng 3.3).

Khái niệm về liên kết hydro

Một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử âm điện mạnh (oxy, flo, clo, nitơ) có thể tương tác với một cặp electron không chia sẻ của một nguyên tử âm điện mạnh khác của phân tử này hoặc phân tử khác để tạo thành liên kết bổ sung yếu - liên kết hydro. Trong trường hợp này, một trạng thái cân bằng có thể được thiết lập

Bức tranh 1.

Sự xuất hiện của một liên kết hydro được xác định trước bởi tính độc quyền của nguyên tử hydro. Nguyên tử hydro nhỏ hơn nhiều so với các nguyên tử khác. Đám mây điện tử do nó tạo thành và nguyên tử âm điện bị dịch chuyển mạnh về phía sau. Kết quả là, hạt nhân hydro vẫn bị che chắn yếu.

Các nguyên tử oxy của nhóm hydroxyl của hai phân tử axit cacboxylic, rượu hoặc phenol có thể hội tụ chặt chẽ do sự hình thành liên kết hydro.

Điện tích dương của hạt nhân nguyên tử hiđrô và điện tích âm của nguyên tử khác âm hút nhau. Năng lượng của tương tác của chúng có thể so sánh với năng lượng của liên kết cũ, vì vậy proton liên kết với hai nguyên tử cùng một lúc. Liên kết với nguyên tử có độ âm điện thứ hai có thể mạnh hơn liên kết ban đầu.

Một proton có thể chuyển từ nguyên tử âm điện này sang nguyên tử âm điện khác. Rào cản năng lượng cho sự chuyển đổi như vậy là không đáng kể.

Liên kết hydro là một trong những liên kết hóa học có độ bền trung bình, nhưng nếu có nhiều liên kết như vậy, chúng sẽ góp phần hình thành các cấu trúc cao phân tử hoặc cao phân tử mạnh.

ví dụ 1

Hình thành liên kết hydro trong cấu trúc $ \ alpha $ -helical của axit deoxyribonucleic, cấu trúc giống kim cương của băng kết tinh, v.v.

Đầu dương của lưỡng cực trong nhóm hydroxyl là ở nguyên tử hydro, vì vậy liên kết có thể được hình thành thông qua hydro với các anion hoặc nguyên tử âm điện có chứa các cặp electron không chia sẻ.

Trong hầu hết các nhóm phân cực khác, đầu dương của lưỡng cực nằm bên trong phân tử và do đó rất khó tiếp cận để liên kết. Đối với axit cacboxylic $ (R = RCO) $, rượu $ (R = Alk) $, phenol $ (R = Ar) $ thì đầu dương của lưỡng cực $ OH $ nằm ngoài phân tử:

Ví dụ về việc tìm đầu dương của lưỡng cực $ C-O, S-O, P-O $ bên trong phân tử:

Hình 2. Axeton, đimetyl sulfoxit (DMSO), hexametylenđiamin triamit (HMPTA)

Vì không có trở ngại thép nên liên kết hydro rất dễ dàng. Sức mạnh của nó chủ yếu được xác định bởi thực tế là nó chủ yếu là cộng hóa trị trong tự nhiên.

Thông thường, sự hiện diện của liên kết hydro được biểu thị bằng một đường chấm giữa chất cho và chất nhận, ví dụ, trong rượu

Hình 3

Thông thường, khoảng cách giữa hai nguyên tử oxy và một liên kết hydro nhỏ hơn tổng bán kính van der Waals của các nguyên tử oxy. Phải có lực đẩy lẫn nhau của các lớp vỏ electron của các nguyên tử oxi. Tuy nhiên, lực đẩy bị thắng bởi lực của liên kết hydro.

Bản chất của liên kết hydro

Bản chất của liên kết hydro nằm ở đặc tính tĩnh điện và đặc tính chất cho-nhận. Vai trò chính trong sự hình thành năng lượng liên kết hydro được thực hiện bởi tương tác tĩnh điện. Trong sự hình thành liên kết hydro giữa các phân tử, ba nguyên tử tham gia, chúng nằm gần như trên cùng một đường thẳng, nhưng khoảng cách giữa chúng tại cùng một thời điểm, là khác nhau. (một ngoại lệ là liên kết $ F-H \ cdots F- $).

Ví dụ 2

Đối với liên kết hydro liên phân tử trong băng $ -O-H \ cdots OH_2 $, khoảng cách $ O-H $ là $ 0,097 $ nm và khoảng cách $ H \ cdots O $ là $ 0,179 $ nm.

Năng lượng của hầu hết các liên kết hydro nằm trong khoảng $ 10-40 $ kJ / mol, nhỏ hơn nhiều so với năng lượng của liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion. Thường có thể quan sát thấy rằng độ bền của các liên kết hydro tăng lên khi tăng tính axit của chất cho và tính bazơ của chất nhận proton.

Ý nghĩa của liên kết hydro giữa các phân tử

Liên kết hydro đóng một vai trò thiết yếu trong các biểu hiện của các tính chất hóa lý của hợp chất.

Liên kết hiđro có ảnh hưởng đến các hợp chất sau:

Liên kết hydro nội phân tử

Trong trường hợp có thể kết thúc chu trình sáu phần hoặc năm phần, các liên kết hydro nội phân tử được hình thành.

Sự hiện diện của các liên kết hydro nội phân tử trong salicylaldehyde và o-nitrophenol là lý do cho sự khác biệt về tính chất vật lý của chúng so với các liên kết tương ứng. meta- và đôi- các chất đồng phân.

$ o $ -Hydroxybenzaldehyde hoặc salicylaldehyde $ (A) $ và $ o $ -nitrophenol (B) không tạo liên kết giữa các phân tử, do đó chúng có nhiệt độ sôi thấp hơn. Chúng hòa tan kém trong nước, vì chúng không tham gia vào việc hình thành các liên kết hydro giữa các phân tử với nước.

Hình 5

$ o $ -Nitrophenol là một trong ba đại diện đồng phân của nitrophenol có khả năng chưng cất bằng hơi nước. Tính chất này là cơ sở để phân lập nó khỏi hỗn hợp các đồng phân nitrophenol, được hình thành do quá trình nitrat hóa các phenol.

Liên kết hydro là một loại liên kết đặc biệt chỉ có ở nguyên tử hydro. Nó xảy ra khi một nguyên tử hydro được liên kết với một nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện cao nhất, chủ yếu là flo, oxy và nitơ. Hãy xem xét sự hình thành liên kết hydro trên ví dụ về hydro florua. Nguyên tử hydro chỉ có một electron độc thân, do đó nó chỉ có thể hình thành một liên kết cộng hóa trị với nguyên tử của các nguyên tố có độ âm điện. Khi một phân tử hiđro florua được hình thành, liên kết H-F xảy ra, được thực hiện bởi một cặp electron chung, cặp electron này bị dịch chuyển sang nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn - flo.

Kết quả của sự phân bố mật độ electron này, phân tử hydro florua là một lưỡng cực, cực dương của nó là nguyên tử hydro. Do cặp êlectron liên kết bị dịch chuyển sang nguyên tử flo nên hạt nhân nguyên tử hiđrô bị hở một phần và quỹ đạo ls của nguyên tử này bị giải phóng một phần. Trong bất kỳ nguyên tử nào khác, điện tích dương của hạt nhân, ngay cả sau khi loại bỏ các điện tử hóa trị, được che chắn bởi các lớp vỏ điện tử bên trong, tạo ra lực đẩy từ các lớp vỏ điện tử của các phân tử khác. Hydro không có vỏ như vậy, và hạt nhân là một hạt hạ nguyên tử cực kỳ nhỏ mang điện tích dương - một proton (đường kính của nó nhỏ hơn đường kính của các nguyên tử khác khoảng 10 5 lần, do không có electron nên nó bị lớp vỏ electron hút) của một nguyên tử trung hòa khác hoặc ion mang điện tích âm).

Cường độ điện trường gần nguyên tử hydro tiếp xúc một phần lớn đến mức nó có thể hút cực âm của phân tử có cực lân cận về phía chính nó một cách mãnh liệt. Vì cực âm này không là gì khác ngoài một nguyên tử flo có ba cặp electron không liên kết và 1s - quỹ đạo của nguyên tử hydro bị bỏ trống một phần, nên tương tác cho-nhận xảy ra giữa nguyên tử hydro phân cực dương của một phân tử và nguyên tử flo phân cực âm của một phân tử lân cận khác.

Do đó, cùng với tương tác tĩnh điện, tương tác cho-nhận cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành liên kết hydro. Kết quả của sự tương tác này, một liên kết bổ sung (thứ hai) phát sinh với sự tham gia của một nguyên tử hydro. Đó là những gì nó là liên kết hydro . Nó thường được ký hiệu bằng các dấu chấm:… F – Н F – H… Hệ thống gồm ba nguyên tử được hình thành do liên kết hydro, theo quy luật, là tuyến tính.

Liên kết hydro khác với liên kết cộng hóa trị về năng lượng và độ dài. Nó dài hơn và kém bền hơn so với cộng hóa trị. Năng lượng liên kết hiđro 8 - 40 kJ / mol, cộng hóa trị 80 - 400 kJ / mol. Do đó, trong hydro florua rắn, độ dài của liên kết cộng hóa trị F-H là 95 pm, trong khi liên kết hydro H-F có độ dài 156 pm. Do các liên kết hydro giữa các phân tử HF, các tinh thể hydro florua rắn bao gồm các chuỗi ngoằn ngoèo phẳng vô tận.

Liên kết hydro giữa các phân tử HF được bảo toàn một phần ở thể lỏng và thậm chí ở thể khí.

Liên kết hydro được viết có điều kiện là ba điểm và được mô tả như sau:

trong đó X, Y là các nguyên tử F, O, N, Cl, S

Năng lượng và độ dài của liên kết hiđro được xác định bởi mômen lưỡng cực của liên kết X – H và kích thước của nguyên tử Y. Độ dài của liên kết hiđro giảm, và năng lượng tăng khi hiệu số độ âm điện tăng lên nguyên tử X và Y (và theo đó, mômen lưỡng cực của liên kết X – H) và với sự giảm kích thước của nguyên tử Y.

Liên kết hydro cũng tạo thành phân tử trong đó có liên kết O – H (ví dụ, nước H 2 O, axit pecloric HClO 4, axit nitric HNO 3, axit cacboxylic RCOOH, phenol C 6 H 5 OH, rượu ROH) và N – H (ví dụ, amoniac NH 3, axit thiocyanic HNCS, các amit hữu cơ RCONH 2 và các amin RNH 2 và R 2 NH).

Những chất mà phân tử của chúng liên kết với nhau bằng liên kết hiđro thì tính chất khác với những chất giống chúng về cấu tạo của phân tử, nhưng không tạo thành liên kết hiđro. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của hợp chất với hiđro của các nguyên tố nhóm IVA, trong đó không có liên kết hiđro nào giảm dần theo chiều giảm dần theo chu kì (Hình 15) Trong hợp chất với hiđro của các nguyên tố thuộc nhóm VA-VIIA, sự phụ thuộc này bị vi phạm. Ba chất mà phân tử của chúng được nối với nhau bằng liên kết hiđro (amoniac NH 3, nước H 2 O và hiđro florua HF) có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều so với đồng đẳng của chúng. Ngoài ra, các chất này có phạm vi nhiệt độ tồn tại rộng hơn ở trạng thái lỏng, nhiệt độ phản ứng tổng hợp và bay hơi cao hơn.

Một vai trò quan trọng được thực hiện bởi liên kết hydro trong quá trình kết tinh và hòa tan các chất, cũng như trong sự hình thành các hyđrat kết tinh.

Liên kết hydro không chỉ có thể xảy ra giữa các phân tử (liên kết hydro giữa các phân tử, MVS) , như trường hợp trong tất cả các ví dụ đã thảo luận ở trên, nhưng cũng như giữa các nguyên tử của cùng một phân tử (liên kết hydro nội phân tử, VVS) . Ví dụ, do các liên kết hydro nội phân tử giữa nguyên tử hydro của các nhóm amin và nguyên tử oxy của nhóm cacbonyl, các chuỗi polypeptit dạng xoắn, hình thành nên các phân tử protein.

Liên kết hydro đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sao chép và sinh tổng hợp protein. Hai sợi của chuỗi xoắn kép DNA được giữ với nhau bằng các liên kết hydro. Trong quá trình nhân đôi, các liên kết này bị phá vỡ. Trong quá trình phiên mã, quá trình tổng hợp RNA sử dụng DNA làm khuôn mẫu cũng xảy ra do sự hình thành các liên kết hydro. Cả hai quá trình đều có thể xảy ra vì liên kết hydro dễ hình thành và dễ bị phá vỡ.

Cơm. 15 Điểm nóng chảy (a) và điểm sôi (b) của các hợp chất nhị phân của nguyên tố IV-VIIA - nhóm với hiđro

Câu hỏi để kiểm soát bản thân

1. Liên kết hóa học có thể do một electron thực hiện được không?

2. Những chỉ số nào đặc trưng cho độ bền của liên kết hoá học?

Độ dài liên kết có thể bằng tổng bán kính của hai nguyên tử cô lập tham gia liên kết hóa học được không?

4. Các hạt hóa học cần có những gì để thiết lập liên kết cộng hóa trị giữa chúng theo cơ chế cho - nhận?

5. Yếu tố nào quyết định hóa trị của nguyên tử các nguyên tố trong hợp chất hóa học?

6. Giới hạn nào về số lượng liên kết cộng hóa trị mà nguyên tử của nguyên tố trong hợp chất hóa học tạo thành?

7. Nguyên nhân dẫn đến sự lai hoá các obitan electron của nguyên tử tham gia hình thành liên kết cộng hoá trị là gì?

8. Những obitan nguyên tử nào có thể lai hoá?

9. Kiểu lai hóa obitan nguyên tử nào thường được thực hiện nhất trong các hợp chất vô cơ?

10. Số đo độ phân cực của liên kết cộng hóa trị là gì? Nó được đo lường như thế nào?

11. Độ âm điện của nguyên tố được gọi là gì?

12. Xác định liên kết cộng hóa trị, ion, kim loại và liên kết hiđro.

13. Tại sao metan, bằng cách tương tự với amoniac, hydro florua và nước, không có nhiệt độ sôi cao bất thường?

14. Nguyên tử cacbon trong phân tử CO có hóa trị nào?

15. Giữa HF và SiF có thể xảy ra phản ứng không?

16. Tính đa dạng của liên kết cộng hóa trị trong phân tử NO?

17. Cho biết kiểu lai hoá các obitan electron của nguyên tử cacbon trong phân tử CO 2.

18. Cấu hình hình học của phân tử BF 3 và NF 3 có giống nhau không?

19. Mômen lưỡng cực của phân tử HCN là 2.9 D. Tính chiều dài của lưỡng cực.

Kiểm tra

1. Độ dài của liên kết cộng hoá trị là lớn nhất trong phân tử….

1) HCl 2) NI 3) HBr 4) HF

2. Xu hướng tối đa để tạo thành các hợp chất hóa học có liên kết ion được thể hiện qua nguyên tử của các nguyên tố….

1) Cu và Cl 2) H và Cl 3) Li và Cl 4) C và Cl

3. Phân tử BeF 2 (berili florua ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

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. Các liên kết π có thể được hình thành do kết quả của các đám mây electron loại… chồng lên nhau.

1) s và p 2) s và s 3) p và p 4) s và d

3. Phân tử amoniac có ... cấu tạo.

1) tam giác 2) hình chóp

3) góc 4) tứ diện

1. Độ phân cực của liên kết cộng hoá trị tăng dần theo dãy ....

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. Trong phân tử hiđro sunfua,… đều có thể.

1) chỉ liên kết σ

2) chỉ liên kết π

3) cả liên kết σ- và π

3. Phân tử SnCl 4 (clorua thiếc ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

1. Độ phân cực của liên kết cộng hoá trị trong dãy HCl - HBr - HI ....

1) tăng

2) không thay đổi

3) giảm

4) ban đầu giảm và sau đó tăng lên

2. Số liên kết đôi giống nhau trong các phân tử ....

1) CO 2 và SO 3 2) H 2 SO 4 và HClO 4

3) SO 2 và H 2 SO 4 4) N 2 và C 2 H 2

3. Phân tử SnCl 2 (clorua thiếc ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) tứ diện 4) hình chóp

1. Trong tinh thể NaF, RbCl, CsCl liên kết hoá học….

Số liên kết π giống nhau trong các phân tử ....

1) C 2 H 4 và CO 2 2) SO 3 và H 2 SO 4

3) N 2 và C 2 H 4 4) CO 2 và C 2 H 2

3. Phân tử metan có ... cấu tạo.

1) góc 2) tứ diện

3) hình chóp 4) hình tam giác

1. Trong phân tử O 2, N 2, Cl 2, H 2, liên kết….

1) ion 2) cực cộng hóa trị

3) cộng hóa trị không phân cực 4) kim loại

2. Số lượng liên kết σ trong… phân tử là như nhau.

1) C 2 H 4 và PCl 5 2) SO 2 và C 2 H 2

3) SO 2 Cl 2 và COCl 2 4) H 2 SO 4 và ROSl 3

3. Phân tử hiđro sunfua có ... cấu tạo.

1) góc 2) tứ diện

3) tuyến tính 4) hình chóp

1) Cl 2 2) SO 2 3) NH 3 4) H 2 S

2. Trong phân tử nitơ có….

3) một liên kết σ- và hai liên kết π 4) một liên kết π- và hai liên kết σ

3. Phân tử AlCl 3 (nhôm clorua ở thể khí) có ... cấu tạo.

3) tứ diện 4) góc

1. Độ dài của liên kết cộng hóa trị dài hơn trong phân tử thứ hai trong trường hợp hợp chất ....

1) Cl 2 và N 2 2) SO 2 và CO 2 3) CF 4 và CH 4 4) F và HBr

2. Góc hóa trị trong dãy NH 3 - PH 3 - AsH 3….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

3. Phân tử GaCl 3 (Gali clorua ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) hình chóp 2) hình tam giác

3) tứ diện 4) góc

1. Trong dãy LiF - BeF 2 - BF 3 - CF 4 - NF 3 - OF 2 - F 2….

2. Loại liên kết ion có ....

1) kali clorua 2) oxy (II) florua

3) cacbon (IV) florua 4) phốt pho (III) clorua

3. Phân tử MgCl 2 (magie clorua ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

1) KCl 2) HCl 3) CCl 4 4) NH 4 Cl

2. Liên kết cộng hoá trị có cực có….

1) kim cương 2) amoniac 3) flo 4) coban

3. Phân tử AsH 3 có cấu trúc ....

1) tuyến tính 2) tam giác

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Trong dãy đồng đẳng NaCl - MgCl 2 - AlCl 3 - SiCl 4 - PCl 3 - Cl 2….

1) bản chất ion của liên kết được tăng cường

2) bản chất cộng hóa trị của liên kết được nâng cao

3) bản chất cộng hóa trị của liên kết yếu đi

4) bản chất ion của liên kết không thay đổi

2. Liên kết cộng hoá trị không phân cực có….

1) natri clorua 2) clo

3) hydro clorua 4) kẽm

3. Phân tử CCl 4 có cấu trúc….

1) góc 2) hình chóp

1. Liên kết cộng hóa trị được hình thành theo cơ chế cho - nhận ở….

1) NaF 2) HF 3) (HF) 2 4) HBrF 4

2. Trong phân tử N 2, nguyên tử nitơ có….

1) hóa trị bằng trạng thái oxi hóa

2) hóa trị lớn hơn mức oxi hóa

3) trạng thái hóa trị và trạng thái oxi hóa trái dấu

4) hóa trị nhỏ hơn mức oxi hóa

3. Phân tử hiđro sunfua có cấu tạo ....

1) tuyến tính 2) góc

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Góc hóa trị trong dãy phân tử H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Xu hướng tối đa để tạo thành các hợp chất với một liên kết ion được thể hiện bởi các nguyên tố….

1) Rb và F 2) Cu và F 3) H và F 4) C và F

3. Phân tử GeCl 2 [gecmani (II) clorua ở thể khí] có ... cấu tạo.

1) tuyến tính 2) góc

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Góc hóa trị trong dãy phân tử NH 3, PH 3, AsH 3 ....

1) tăng

2) giảm

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Khi một liên kết được hình thành trong phân tử HBr, các đám mây electron kiểu… xen phủ nhau.

3. Phân tử GeCl 4 [gecmani clorua ở thể khí (IV)] có ... cấu trúc.

1) tuyến tính 2) góc

3) hình chóp 4) hình tứ diện

Độ bền của liên kết hóa học trong dãy BF 3 - AlF 3 - GaF 3 - InF 3….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Khi các liên kết được hình thành trong phân tử oxy, các đám mây electron kiểu… xen phủ nhau.

1) s và s 2) s và p 3) p và p 4) p và d

3. Phân tử BCl 3 có ... cấu tạo.

1) tuyến tính 2) tam giác

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Độ bền của liên kết cộng hóa trị trong dãy H 2 S - H 2 Se - H 2 Te….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên giảm và sau đó tăng lên

2. Trong quá trình hình thành liên kết trong phân tử nitơ, các đám mây electron kiểu… xen phủ nhau.

1) s và s 2) s và p 3) p và p 4) p và d

3. Phân tử OF 2 có cấu trúc….

1) tuyến tính 2) hình chóp

3) tứ diện 4) góc

1. Độ bền của liên kết hóa học trong dãy SnCl 4 - GeCl 4 - SiCl 4 - CCl 4….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Độ dài của liên kết cộng hoá trị là nhỏ nhất trong phân tử ....

1) Cl 2 2) F 2 3) I 2 4) Br 2

3. Phân tử photphin PH 3 có cấu trúc ...

1) hình chóp 2) hình tứ diện

3) góc 4) tam giác

1. Độ dài của liên kết cộng hoá trị là nhỏ nhất trong phân tử….

1) PH 3 2) H 2 S 3) SiH 4 4) HCl

2. Trong phân tử amoniac, ... được tạo thành.

1) chỉ liên kết σ 2) chỉ liên kết π

3) một liên kết σ- và hai liên kết π 4) hai liên kết σ- và một liên kết π

1) hình chóp 2) hình tam giác

3) tứ diện 4) góc

1. Độ dài của liên kết cộng hoá trị tăng dần trong dãy ....

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. Loại liên kết ion có ....

1) bo clorua 2) xêzi clorua

3) phốt pho (III) clorua 4) hiđro clorua

3. Phân tử GeCl 2 (gecmani clorua ở thể khí) có cấu trúc….

1) góc 2) tuyến tính

1. Độ bền của liên kết cộng hóa trị trong dãy H 2 Se - H 2 S - H 2 O….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Liên kết cộng hoá trị được hình thành giữa các nguyên tử ....

1) phi kim loại

2) phi kim loại và kim loại điển hình

3) kim loại

1. Phân tử PbCl 2 (clorua chì ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) tam giác 4) hình chóp

1. Độ dài của kết nối tăng lên trong chuỗi ....

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. Phân tử PbCl 4 (clorua chì ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Độ dài của liên kết cộng hóa trị là nhỏ nhất trong phân tử….

1) H 2 Te 2) H 2 O 3) H 2 Se 4) H 2 S

2. Một ví dụ về phân tử không phân cực có liên kết cộng hóa trị có cực là….

1) O 2 2) CCl 4 3) H 2 S 4) HCl

3. Phân tử CCl 4 có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) tứ diện 4) hình chóp

1. Loại liên kết ion có….

1) nước đá 2) muối ăn

3) kim cương 4) đồng kim loại

2. Các obitan điện tử của nguyên tử beri trong phân tử BeH 2 (hiđrua beri ở thể khí) được lai hoá ... theo loại.

3. Phân tử Ven 2 (hiđrua beri ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) tam giác 4) tứ diện

1. Sự hình thành mạng tinh thể ion đặc trưng cho….

1) xêzi iodua 2) than chì

3) iốt 4) nước đá

2. Các obitan điện tử của nguyên tử nhôm trong phân tử AlCl 3 (nhôm clorua ở thể khí) được lai hoá ... theo loại.

1) sp 2) sp 2 3) sp 3 4) s 2 p

3. Phân tử AlCl 3 (nhôm clorua ở thể khí) có cấu tạo….

1) góc 2) tuyến tính

3) tam giác 4) hình chóp

1. Độ phân cực của liên kết cộng hoá trị giảm dần theo dãy ....

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. Các obitan điện tử của nguyên tử gecmani trong phân tử GeCl 4 (gecmani clorua ở thể khí) được lai hóa ... theo loại.

3. Phân tử GeCl 4 (gecmani clorua ở thể khí) có ... cấu tạo.

1) góc 2) tuyến tính

3) hình chóp 4) hình tứ diện

1. Trong phân tử HCl, liên kết hoá học NH 3, H 2 Se….

1) hydro 2) cực cộng hóa trị

3) cộng hóa trị không phân cực 4) ion

2. Một ví dụ về phân tử phân cực có liên kết cộng hóa trị có cực là….

1) H 2 O 2) N 2 3) AlCl 3 4) CCl 4

3. Phân tử H 2 Se có ... cấu tạo.

1) hình chóp 2) góc

3) tứ diện 4) tuyến tính

1. Mức độ ion của liên kết trong dãy NiCl 2 - CaCl 2 - KCl - RbCl….

1) khuếch đại

2) đang suy yếu

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Một ví dụ về phân tử không phân cực có liên kết cộng hóa trị có cực là….

1) H 2 2) AsH 3 3) VeH 2 4) H 2 S

3. Một liên kết hydro kết nối các phân tử….

1) hydro 2) hydro florua

3) hydro Telluride 4) asen hyđrua

1. Mức độ ion của liên kết trong dãy AlCl 3 - SiCl 4 - PCl 5….

1) giảm

2) tăng

3) không thay đổi

4) đầu tiên tăng và sau đó giảm

2. Các obitan của nguyên tử silic trong phân tử SiH 4 được lai hoá ... theo loại.

1) sp 2) sp 2 3) sp 3 4) s 2 p 2

3. Phân tử silan SiH 4 có ... cấu tạo.

1) hình chóp 2) góc

3) tứ diện 4) tam giác

Văn chương

1) Kileev R.G., Vekshin V.V. Sổ tay hướng dẫn Hóa học đại cương, - Izhevsk: Nhà xuất bản "Đại học Udmurt", 2004. - P.101-138.

2) Hóa học: Sách giáo khoa dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học / N.N. Volkov, M.A. Melikhova. - M.: Trung tâm xuất bản "Học viện", 2007. - S.28-44.

3) Slesarev S.31-47

4) Glinka S.97-157 (sách giáo khoa và sách vấn đề)

5) Knyazev S.145-193

6) Ugai S.56-98

Thuật ngữ "liên kết hóa học" được đưa ra bởi A.M. Butlerov vào năm 1863.

1 Joule là công được thực hiện bởi một lực 1 N trên quãng đường 1 m.

Năng lượng 1 kJ có thể nâng 1 kg tải 102 m hoặc 102 kg tải 1 m Y. Mayer vào năm 1842 đã xác định nhiệt lượng đương lượng bằng 427 kgm / kcal. Từ điều này (có tính đến thực tế là 1 kcal = 418,68 kJ) dẫn đến sự hình thành hóa học. liên kết trong 1 mol chất, năng lượng được giải phóng, có thể tạo ra công bằng 10.200 - 102.000 kgm. Điều này có nghĩa là 1 mol chất có đủ năng lượng để nâng một vật nặng 10,2 - 102 tấn trên 1 m hoặc ngược lại, để nâng 1 kg lên 102 - 1020 m.

Tương tự với các obitan nguyên tử s-, p-, d-, f, các obitan phân tử được ký hiệu bằng các chữ cái Hy Lạp σ, π, δ, φ.

1 giờ chiều (picometer) = 10 -12 m.

Valence(từ vĩ độ. valentia- sức mạnh) của nguyên tử là khả năng của nguyên tử của một nguyên tố để hình thành liên kết hóa học; Số đo định lượng của hóa trị (trong khuôn khổ của phương pháp liên kết hóa trị) là số liên kết được hình thành bởi một nguyên tử nhất định với các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.
Hóa trị (cộng hóa trị) của nguyên tử của một nguyên tố thường được xác định bởi số lượng obitan có thể được sử dụng để hình thành liên kết hóa học.

Các obitan lai hóa được ký hiệu bằng chữ "g".

Liên kết cộng hóa trị có cực cũng sẽ là liên kết giữa các nguyên tử của kim loại không điển hình và phi kim loại trong trường hợp có sự khác biệt nhỏ về giá trị EO của chúng, ví dụ, AlBr 3, GeH 4, v.v.

Điện tích hiệu dụng (thực) của nguyên tử là điện tích phát sinh trên nguyên tử do sự dịch chuyển mật độ electron trong phân tử về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Trong trường hợp này, nguyên tử âm điện hơn nhận được điện tích hiệu dụng âm (nó được ký hiệu là “-δ”, và nguyên tử đối tác trong phân tử nhận được điện tích dương “+ δ”). Giá trị của điện tích hiệu dụng được đo bằng đơn vị điện tích tuyệt đối của êlectron. Đối với các nguyên tử hình thành liên kết không phân cực cộng hóa trị, điện tích hiệu dụng bằng 0, ví dụ, H – H. Điện tích hiệu dụng có thể dùng như một thước đo tính ion của một liên kết cộng hóa trị. Ví dụ, đối với hydro clorua HCl δ H \ u003d +0,2, δ Cl \ u003d -0,2 và liên kết trong phân tử HCl xấp xỉ 20% ion, nghĩa là nó có cực và gần với cộng hóa trị; trong natri clorua NaCl δ Na = +0,8, δ Cl = -0,8 và chúng ta có thể nói rằng liên kết là 80% ion.

Trong hệ thống tuần hoàn của chem. các nguyên tố có số thứ tự của nguyên tố tăng thì giá trị điện tích hiệu dụng của các nguyên tử trong hợp chất giảm dần. Trong các phân nhóm chính, khi số thứ tự của nguyên tố tăng lên, điện tích hiệu dụng tăng lên. Điện tích hiệu dụng của một nguyên tử của cùng một nguyên tố trong các hợp chất khác nhau giảm khi độ phân cực của liên kết giảm.

Trong phân tử các hợp chất HF, H 2 O, NH 3 có liên kết hiđro với nguyên tố có độ âm điện mạnh (H – F, H – O, H – N). Giữa các phân tử của các hợp chất đó có thể được tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử. Trong một số phân tử hữu cơ có chứa liên kết H – O, H – N, liên kết hydro nội phân tử.

Cơ chế hình thành liên kết hydro một phần là tĩnh điện, một phần là chất cho-nhận. Trong trường hợp này, nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện mạnh (F, O, N) đóng vai trò là chất cho cặp electron, và các nguyên tử hydro liên kết với các nguyên tử này đóng vai trò là chất nhận. Cũng như liên kết cộng hóa trị, liên kết hydro được đặc trưng bởi định hướng trong không gian và khả năng bão hòa.

Liên kết hydro thường được ký hiệu bằng dấu chấm: H ··· F. Liên kết hiđro càng rõ thì độ âm điện của nguyên tử đối tác càng lớn và kích thước của nó càng nhỏ. Nó đặc trưng chủ yếu cho các hợp chất flo, cũng như oxy, ở mức độ thấp hơn nitơ, ở mức độ thấp hơn đối với clo và lưu huỳnh. Tương ứng, năng lượng liên kết hydro cũng thay đổi (Bảng 1).

Bảng 1. Giá trị trung bình của năng lượng liên kết hydro

Liên kết hydro giữa các phân tử và nội phân tử

Nhờ các liên kết hydro, các phân tử được kết hợp thành các chất dimer và các liên kết phức tạp hơn.Phân tử nước tạo thành các liên kết (H 2 O) 2, (H 2 O) 3, (H 2 O) 4; rượu bia ( C 2 H 5 OH) 4. Điều này giải thích sự gia tăng nhiệt độ sôi của rượu so với hydrocacbon Quan sát thấy sự hòa tan tốt của metanol và etanol trong nước.Liên kết hydro đã phát sinh giữa các phân tử được gọi là liên phân tử.

Ví dụ, sự hình thành của một dimer parahydroxybenzaldehyde có thể được biểu diễn bằng sơ đồ sau (Hình 1).

Cơm. 1. Sự hình thành liên kết hiđro liên phân tử trongparahydroxybenzaldehyde.

Liên kết hydro có thể xảy ra cả giữa các phân tử khác nhau (liên kết hydro giữa các phân tử) và trong một phân tử (liên kết hydro nội phân tử).Liên kết hydro nội phân tửvà được tìm thấy trong rượu polyhydric, carbohydrate, protein và các chất hữu cơ khác.

Ảnh hưởng của liên kết hiđro đến tính chất của các chất

Chỉ số thuận tiện nhất về sự tồn tại của liên kết hydro giữa các phân tử là nhiệt độ sôi của một chất. Nhiệt độ sôi của nước cao hơn (100 o C so với các hợp chất hydro của các nguyên tố thuộc phân nhóm oxy (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te) là do sự hiện diện của các liên kết hydro: cần thêm năng lượng để phá hủy liên phân tử. liên kết hydro trong nước.

Liên kết hydro có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của các chất. Sự tồn tại của liên kết hiđro giữa các phân tử làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất. Sự hiện diện của liên kết hydro nội phân tử dẫn đến thực tế là phân tử của axit deoxyribonucleic (DNA) được gấp lại thành một chuỗi xoắn kép trong nước.

Liên kết hydro cũng đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình hòa tan, vì độ hòa tan cũng phụ thuộc vào khả năng của hợp chất để tạo liên kết hydro với dung môi. Kết quả là, các chất có chứa nhóm OH như đường, glucozơ, rượu, axit cacboxylic, theo quy luật, có khả năng hòa tan cao trong nước.

Ví dụ về các hợp chất: rượu monohydric (metanol, etanol) và rượu đa chức (glixerol, etylen glicol), axit cacboxylic, amin, axit amin, protein, nước, amoniac, hydro florua, axit cacboxylic chứa oxy.