إذا نظرت إلى التسلسل الزمني للدراسة في العلوم الكيميائية لقدرة ذرات العناصر المختلفة على التفاعل مع بعضها البعض ، يمكننا تحديد منتصف القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت ، لفت العلماء الانتباه إلى حقيقة أن مركبات الهيدروجين من الأكسجين والفلور والنيتروجين تتميز بمجموعة من الخصائص التي يمكن تسميتها شاذة.
هذه ، أولاً وقبل كل شيء ، نقاط انصهار وغليان عالية جدًا ، على سبيل المثال ، للمياه أو فلوريد الهيدروجين ، وهي أعلى من غيرها من المركبات المماثلة. في الوقت الحاضر ، من المعروف بالفعل أن ميزات هذه المواد تحددها خاصية ذرات الهيدروجين لتكوين نوع غير عادي من الروابط مع ذرات العناصر التي لها مؤشر كهرسلبية مرتفع. أطلقوا عليه اسم الهيدروجين. إن خصائص الرابطة وخصائص تكوينها وأمثلة على المركبات التي تحتوي عليها هي النقاط الرئيسية التي سنركز عليها في مقالتنا.
سبب الاتصال
عمل قوى الجذب الإلكتروستاتيكي هوالأساس المادي لظهور معظم أنواع الروابط الكيميائية. أنواع الروابط الكيميائية التي نشأت بسبب تفاعل النوى الذرية المشحونة معاكسة لعنصر وإلكترونات عنصر آخر معروفة جيدًا. هذه روابط تساهمية غير قطبية وقطبية ، مميزة لمركبات بسيطة ومعقدة من العناصر غير المعدنية.
على سبيل المثال ، بين ذرة الفلور ، التي لديها أعلى كهرسلبية ، وجسيم الهيدروجين المحايد إلكترونياً ، سحابة الإلكترون الواحد التي تنتمي في البداية إلى ذرة H فقط ، هناك تحول في كثافة الشحنة السالبة. الآن يمكن تسمية ذرة الهيدروجين نفسها بالبروتون. ماذا سيحدث بعد ذلك؟
التفاعل الكهروستاتيكي
تمر سحابة الإلكترون لذرة الهيدروجين بالكامل تقريبًا نحو جسيم الفلور ، وتكتسب شحنة سالبة زائدة. بين العاري ، أي ، الخالي من الكثافة السالبة ، ذرة الهيدروجين - بروتون ، و F-أيون من جزيء فلوريد الهيدروجين المجاور ، تتجلى قوة الجذب الكهروستاتيكي. يؤدي إلى ظهور روابط هيدروجينية بين الجزيئات. نظرًا لحدوثها ، يمكن للعديد من جزيئات HF أن تشكل روابط مستقرة في وقت واحد.
الشرط الرئيسي لتكوين رابطة هيدروجينية هو وجود ذرة عنصر كيميائي ذات طاقة كهربائية عالية وبروتون هيدروجين يتفاعل معها. يظهر هذا النوع من التفاعل بشكل أكثر وضوحًا في مركبات الأكسجين والفلور (الماء ، فلوريد الهيدروجين) ، وأقل في المواد المحتوية على النيتروجين ، مثل الأمونيا ، وحتى أقل في مركبات الكبريت والكلور.يمكن أيضًا العثور على أمثلة للروابط الهيدروجينية المتكونة بين الجزيئات في المواد العضوية.
وهكذا ، في الكحوليات بين ذرات الأكسجين والهيدروجين لمجموعات الهيدروكسيل الوظيفية ، تنشأ أيضًا قوى الجذب الكهروستاتيكي. لذلك ، فإن الممثلين الأوائل للسلسلة المتجانسة - الميثانول والكحول الإيثيلي - هم سوائل وليست غازات ، مثل المواد الأخرى من هذا التركيب والوزن الجزيئي.
خاصية الطاقة للاتصال
دعنا نقارن كثافة الطاقة للتساهمية (40-100 كيلو كالوري / مول) والروابط الهيدروجينية. تؤكد الأمثلة أدناه العبارة التالية: يحتوي نوع الهيدروجين فقط على 2 كيلو كالوري / مول (بين ثنائيات الأمونيا) إلى 10 كيلو كالوري / مول من الطاقة في مركبات الفلور. لكن اتضح أنه كافٍ لجسيمات بعض المواد لتكون قادرة على الارتباط ببعضها البعض: ثنائيات ، تترا - وبوليمرات - مجموعات تتكون من العديد من الجزيئات.
هم ليسوا فقط في المرحلة السائلة للمركب ، ولكن يمكن الحفاظ عليها دون تفكك ، عند مرورها في حالة غازية. لذلك ، فإن الروابط الهيدروجينية ، التي تحمل الجزيئات في مجموعات ، تسبب غليانًا وانصهارًا مرتفعًا بشكل غير طبيعي للأمونيا أو الماء أو فلوريد الهيدروجين.
كيف ترتبط جزيئات الماء
تحتوي كل من المواد العضوية وغير العضوية على عدة أنواع من الروابط الكيميائية. يمكن للرابطة الكيميائية التي تنشأ في عملية ارتباط الجسيمات القطبية ببعضها البعض ، والتي تسمى الهيدروجين بين الجزيئات ، أن تغير بشكل جذري المادة الفيزيائية والكيميائيةخصائص الاتصال. دعونا نثبت هذا البيان من خلال النظر في خصائص الماء. جزيئات H2O لها شكل ثنائيات الأقطاب - جسيمات تحمل أقطابها شحنة معاكسة.
الجزيئات المجاورة تنجذب لبعضها البعض بواسطة بروتونات الهيدروجين موجبة الشحنة والشحنات السالبة لذرة الأكسجين. نتيجة لهذه العملية ، يتم تكوين مجمعات جزيئية - روابط ، مما يؤدي إلى ظهور نقاط غليان وانصهار عالية بشكل غير طبيعي ، وسعة حرارية عالية وموصلية حرارية للمركب.
الخصائص الفريدة للمياه
وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات H2O مسؤول عن العديد من خصائصه الحيوية. يوفر الماء أهم التفاعلات الأيضية - التحلل المائي للكربوهيدرات والبروتينات والدهون التي تحدث في الخلية - وهو مذيب. تسمى هذه المياه ، التي هي جزء من السيتوبلازم أو السائل بين الخلايا ، بالمجان. بفضل الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات ، فإنه يشكل أغلفة ترطيب حول البروتينات والبروتينات السكرية ، والتي تمنع الالتصاق بين جزيئات البوليمر.
في هذه الحالة ، يسمى الماء منظم. تثبت الأمثلة التي قدمناها عن الرابطة الهيدروجينية التي تحدث بين جزيئات H2O دورها الرائد في تكوين الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية للمواد العضوية - البروتينات والسكريات ، في عمليات الاستيعاب والتشتت التي تحدث في أنظمة الكائنات الحية ، وكذلك في ضمان توازنها الحراري.
رابطة الهيدروجين داخل الجزيئية
حمض الساليسيليك هو أحد الأدوية المعروفة وطويلة الاستخدام مع تأثيرات مضادة للالتهابات والتئام الجروح ومضادة للميكروبات. الحمض نفسه ، مشتقات البرومو من الفينول ، المركبات العضوية المعقدة قادرة على تكوين رابطة هيدروجين داخل الجزيئية. توضح الأمثلة أدناه آلية تشكيلها. لذلك ، في التكوين المكاني لجزيء حمض الساليسيليك ، يمكن الاقتراب من ذرة الأكسجين لمجموعة الكربونيل وبروتون الهيدروجين لجذر الهيدروكسيل.
بسبب زيادة كهرسلبية ذرة الأكسجين ، يقع إلكترون جزيء الهيدروجين بالكامل تقريبًا تحت تأثير نواة الأكسجين. تحدث رابطة هيدروجينية داخل جزيء حمض الساليسيليك ، مما يزيد من حموضة المحلول نتيجة زيادة تركيز أيونات الهيدروجين فيه.
تلخيصًا ، يمكننا القول أن هذا النوع من التفاعل بين الذرات يتجلى إذا كانت مجموعة المتبرع (الجسيم الذي يتبرع بإلكترون) والذرة المستقبلة التي تقبله جزءًا من نفس الجزيء.
