Водород какая химическая связь. Определение водородной связи. Свойства твердых тел
Водородная связь - это связь между положительно поляризованным атомом водорода одной молекулы и атомом, обладающим высокой электроотрицательностью и имеющим свободную пару электронов (например F, О, N) другой или той же молекулы. Водородная связь имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер и обладает направленностью и насыщаемостью. Она образуется за счет диполь-диполыюго взаимодействия, а также перекрывания орбиталей атомов с высокой электро- отрицательиостыо, содержащих свободные пары электронов, с вакантными орбиталями другого атома. Если водородная связь образуется между атомами разных молекул, она называется межмолекулярной у а если между атомами одной молекулы - внутримолекулярной. В графическом виде водородная связь изображается тремя точками.
- 3.5. Водородная связь
Циклические структуры встречаются в органических молекулах, повышая температуру кипения веществ.
Энергия водородной связи возрастает с увеличением электроотрицательности и уменьшением размера отрицательно поляризованного атома. Поэтому наиболее прочные водородные связи между атомами возникают, когда в качестве последних выступают атомы F, О или N. Энергия водородной связи (кДж/моль) уменьшается в ряду:
При возникновении водородных связей образуются димеры, тримеры, полимерные, кольцевые и более сложные структуры. Соседство электроотрицательных атомов может также активировать образование водородных связей у атомов СН-групп (хотя электроотрицательности углерода и водорода почти одинаковы). Этим объясняется возникновение водородных связей между молекулами в жидких IICN, CF 3 H и др.
Аномальные свойства HF в водном растворе объясняются повышенной склонностью фтороводорода к полимеризации. Даже при Т кип безводный фтороводород в парах полностью димеризован (HF) 2 . С понижением температуры степень полимеризации возрастает, а при температуре кипения фтороводород находится в виде (HF) r По способности полимеризоваться HF напоминает воду, которая в конденсированной фазе существует в виде ассоциатов (Н 2 0) п.
Благодаря водородным связям фтороводородная (плавиковая) кислота, в отличие от ее аналогов НС1, НВг и HI, не является сильной кислотой и образует соли типа NaHF 2 , KHF 2 , в которых имеется ион FHF .
Несмотря на высокую электроотрицателыюсть у хлора, водородная связь - H---CI - относительно слабая из-за большого размера атома хлора. Поэтому водный раствор хлороводорода (хлороводородная или соляная кислота) является сильной кислотой и сильным электролитом.
Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и энергией вандерва- альсовых сил.
Наиболее удобным индикатором наличия водородной связи является температура кипения, так как ее легко измерить. В рядах сходных соединений температуры кипения и теплоты парообразования обычно увеличиваются с ростом молярной массы. Однако при переходе от HF к НС1, от 11 7 () к H 2 S и от NII.j к РН 3 эти параметры наоборот резко уменьшаются (рис. 3.23), что свидетельствует об образовании между молекулами HF, Н 2 0 и NH., сильных водородных связей.
Рис. 3.23.
Рис. 3.24.
Важную роль водородные связи играют в структуре воды и льда. На рис. 3.24 показан фрагмент структуры льда. Каждый атом кислорода в этой структуре тетраэдрически связан с четырьмя другими атомами кислорода. Между ними располагаются атомы водорода, два из которых соединены с атомом кислорода полярной ковалентной связью, два других - водородной связью, т.е. входят в состав двух других молекул воды. При этом создается ажурная структура, далекая от плотной упаковки. Поэтому плотность льда меньше плотности воды, так как при его плавлении водородные связи частично разрушаются (примерно на 10%), приводя к некоторому сближению молекул воды. Дальнейшее нагревание воды, с одной стороны, приводит к ее расширению, т.е. увеличению объема, а с другой - вызывает дальнейшее разрушение водородных связей и тем самым уменьшение объема. В результате зависимость плотности воды от температуры имеет максимум при 4°С.
6.2.1 Общие понятия.Химическая связь, образованная положительно поляризованным водородом молекулы А-Н (или полярной группы -А-Н) и электроотрицательным атомом В другой или той же молекулы, называется водородной связью
Если водородная связь образуется между разными молекулами, она называется межмолекулярной, если связь образуется между двумя группами одной и той же молекулы, то она называется внутримолекулярной. Водородная связь между молекулами А-Н и B-R обозначается тремя точками
водород в данном случае образует две химические связи, причем они не равноценны.
Образование водородной связи обусловлено тем, что в полярных молекулах А-Н или полярных группах -А-Н поляризованный атом водорода обладает уникальными свойствами: отсутствием внутренних электронных оболочек, значительным сдвигом электронной пары к атому с высокой электроотрицательностью и очень малым размером. Поэтому водород способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома.
Атомы А и В могут быть одинаковыми, как при взаимодействии HF
но могут быть и разными, как при взаимодействии воды и фтороводорода
6.2.2 Энергия и длина водородной связи Энергия водородной связи возрастает с увеличением электроотрицательности (ЭО) и уменьшением размеров атомов В. Поэтому наиболее прочные водородные связи возникают, когда в качестве атомов В выступают F, О или N. Энергия связи (кДж/моль) возрастает в ряду
Как видно, энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и вандерваальсовых сил. Также промежуточные значения имеют длины водородных связей. Так, в полимере (НF) n
длина связи F-H = 0,092 нм, а связи - 0,14 нм. У воды длина связи О-Н - 0,096 нм, а связи - 0,177 нм.
Рисунок 6.2 – Температуры кипения некоторых соединений водорода
Соответственно в жидком состоянии молекулы, вступающие в водородные связи, ассоциированы, а в твердом состоянии образуют сложные кристаллические структуры.
Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур кипения и плавления, теплот плавления и парообразования. Например, вода, фтороводород и аммиак имеют аномально высокие температуры кипения (рисунок 6.2) и плавления. Под влиянием водородных связей изменяются химические свойства. Например, HF - слабая кислота, в то время ее аналог НСl - сильная кислота.
6.2.4 Внутримолекулярные водородные связи Водородная связь может также возникнуть между атомами водорода и отрицательными атомами полярных групп в одной и той же молекуле. Например, в о-нитрофеноле (а) и салициловом альдегиде (б)
возникает водородная связь между водородом групп –О-Н и кислородом других групп.
Молекулы с внутримолекулярными водородными связями не могут вступать в межмолекулярные водородные связи. Поэтому вещества с такими связями не образуют ассоциатов, более летучи, имеют более низкие вязкости, температуры кипения и плавления, чем их изомеры, способные образовать межмолекулярную связь.
6.2.5 Значение водородных связей Так как многие соединения содержат ковалентные полярные связи Н-О и H-N, то водородные связи очень распространены. Они проявляются не только в воде, но и в различных кристаллических веществах, полимерах, белках, живых организмах. Например, практически все соли образуют кристаллогидраты, в которых имеются водородные связи. Вследствие невысоких значений энергии водородные связи относительно легко разрушаются и вновь возникают.
Важную роль водородные связи играют в белках, у которых спиральные полимерные структуры объединяются связями N-H---O.
Итак, между полярными молекулами, содержащими в одной или обоих молекулах атом водорода, возникают водородные связи, которые существенно влияют на свойства вещества.
Понятие водородная связь
Атом водорода, связанный с сильно электроотрицательным атомом (кислорода, фтора, хлора, азота) может взаимодействовать с неподеленной электронной парой другого сильно электроотрицательного атома этой или другой молекулы с образованием слабой дополнительной связи -- водородной связью. При этом может установиться равновесие
Рисунок 1.
Появление водородной связи предопределено исключительностью атома водорода. Атом водорода гораздо меньше, чем другие атомы. Электронное облако, образованное им и электроотрицательным атомом сильно смещено в сторону последнего. В результате ядро водорода остается слабоэкранированным.
Атомы кислорода гидроксильных групп двух молекул карбоновых кислот, спиртов или фенолов могут близко сходиться из-за образования водородных связей.
Положительный заряд ядра атома водорода и отрицательный заряд другого электроотрицательного атома притягиваются. Энергия их взаимодействия сопоставима с энергией прежней связи, поэтому протон оказывается связанным сразу с двумя атомами. Связь со вторым электроотрицательным атомом может быть более сильной, чем первоначальная связь.
Протон может передвигаться от одного электроотрицательного атома к другому. Энергетический барьер у такого перехода незначительный.
Водородные связи относятся к числу химических связей средней силы, но, если таких связей много, то они способствуют образованию прочных димерных или полимерных структур.
Пример 1
Образование водородной связи в $\alpha $-спиральной структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты, алмазоподобная структура кристаллического льда и др.
Положительный конец диполя в гидроксильной группе находится у атома водорода, поэтому через водород может формироваться связь с анионами или электроотрицательными атомами, содержащими неподеленные электронные пары.
Практически во всех других полярных группах положительный конец диполя расположен внутри молекулы и поэтому является трудно доступным для связывания. У карбоновых кислот $(R=RCO)$, спиртов $(R=Alk)$, фенолов $(R=Ar)$ положительный конец диполя $OH$ находится снаружи молекулы:
Примеры нахождения положительного конца диполя $C-O, S-O, P-O$ внутри молекулы:
Рисунок 2. Ацетон, диметилсульфоксид (ДМСО), гексаметилфосфортриамид (ГМФТА)
Так как стерические препятствия отсутствуют, водородная связь образуется легко. Ее сила, в основном определяется тем, что она преимущественно имеет ковалентный характер.
Обычно наличие водородной связи обозначают пунктирной линией между донором и акцептором, например, у спиртов
Рисунок 3.
Как правило, расстояние между двумя атомами кислорода и водородной связи меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов атомов кислорода. Должно присутствовать взаимное отталкивание электронных оболочек атомов кислорода. Однако силы отталкивания преодолеваются силой водородной связи.
Природа водородной связи
Природа водородной связи заключается в электростатическом и донорно -- акцепторном характере. Основную роль в формировании энергии водородной связи играет электростатическое взаимодействие. В образовании межмолекулярной водородной связи принимают участие три атома, которые располагаются почти на одной прямой, но расстояния между ними, при этом, различны. (исключение составляет связь $F-H\cdots F-$).
Пример 2
Для межмолекулярных водородных связей во льду $-O-H\cdots OH_2$ расстояние $O-H$ равно $0,097$ нм, а расстояние $H\cdots O$ равно $0,179$ нм.
Энергия большинства водородных связей лежит в пределах $10-40$ кДж/моль, а это намного меньше энергии ковалентной или ионной связи. Часто можно наблюдать, что прочность водородных связей возрастает с увеличением кислотности донора и основности акцептора протона.
Значение межмолекулярной водородной связи
Водородная связь играет существенную роль в проявлениях физико -- химических свойств соединения.
Водородные связи оказывают следующее влияние на соединения:
Внутримолекулярные водородные связи
В случаях, когда возможно замыкание шестичленного или пятичленного цикла, образуются внутримолекулярные водородные связи.
Наличие внутримолекулярных водородных связей в салициловом альдегиде и о-нитрофеноле является причиной отличия их физических свойств от соответствующих мета- и пара- изомеров.
$o$-Гидроксибензальдегид или салициловый альдегид $(A)$ и $o$-нитрофенол (Б) не образуют межмолекулярные ассоциаты, поэтому имеют более низкие температуры кипения. Они плохо растворимы в воде, так как не участвуют в образовании межмолекулярных водородных связей с водой.
Рисунок 5.
$o$-Нитрофенол является единственным из трех изомерных представителей нитрофенолов, который способен перегоняться с водяным паром. На этом свойстве основано его выделение из смеси изомеров нитрофенола, которая образуется в результате нитрования фенолов.
Часто водородную связь рассматривают как электростатическое взаимодействие, усиленное небольшим размером водорода, которое разрешает близость взаимодействующих диполей. Тогда об этом говорят как о разновидности донорно-акцепторной связи , невалентном взаимодействии между атомом водорода H , ковалентно связанным с атомом A группы A-H молекулы RA-H и электроотрицательным атомом B другой молекулы (или функциональной группы той же молекулы) BR" . Результатом таких взаимодействий являются комплексы RA-H···BR′ различной степени стабильности, в которых атом водорода выступает в роли «моста», связывающего фрагменты RA и BR′ .
Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность , её распространенность и важность, особенно в органических соединениях , а также некоторые побочные эффекты, связанные с малыми размерами и отсутствием дополнительных электронов у водорода.
Свойства
Энергия водородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи (не превышает 40 кДж/моль). Однако этой энергии достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул, то есть их объединение в димеры или полимеры . Именно ассоциация молекул служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения таких веществ, как фтороводород , вода , аммиак . Связь этого типа, хотя и слабее ионной и ковалентной связей, тем не менее играет очень важную роль во внутри- и межмолекулярных взаимодействиях. Водородные связи во многом обусловливают физические свойства воды и многих органических жидкостей (спирты, карбоновые кислоты, амиды карбоновых кислот, сложные эфиры). Прочность водородной связи (энтальпия образование комплекса) зависит от полярности комплекса и колеблется от ~ 6 кДж/моль для комплексов молекул галогеноводородов с инертными газами до 160 кДж/моль для ион-молекулярных комплексов (AHB) ± ; так, для комплекса (H 2 O H OH 2) + образованного H 2 O и H 3 O + - 132 кДж/моль в газовой фазе.
В воде
Механизм Гротгуса
В нуклеиновых кислотах и белках
Водородная связь в значительной мере определяет свойства и таких биологически важных веществ, как белки и нуклеиновые кислоты . В частности, элементы вторичной структуры (например, α-спирали , β-складки) и третичной структуры в молекулах белков , РНК и ДНК стабилизированы водородными связями. В этих макромолекулах, водородные связи сцепляют части той же самой макромолекулы, заставляя её сворачиваться в определенную форму. Например, двойная спиральная структура ДНК, определяется в значительной степени наличием водородных связей, сцепляющих пары нуклеотидов, которые связывают одну комплементарную нить с другой.
В полимерах
Многие полимеры усилены водородными связями в их главных цепях. Среди синтетических полимеров самый известный пример - нейлон , где водородные связи играют главную роль в кристаллизации материала. Водородные связи также важны в структуре полученных искусственно полимеров (например, целлюлозы) и в многих различных формах в природе, таких как древесина , хлопок и лён .
См. также
Напишите отзыв о статье "Водородная связь"
Примечания
Литература
- Химическая Энциклопедия. Советская Энциклопедия. - М ., 1988.
- В. В. Москва. Водородная связь в органической химии. Соросовский образовательный журнал, 11999,N 2, с.58-64
- Пиментел Дж., О. Мак-Клеллан. Водородная связь, пер. с англ.. - М ., 1964.
- Эпштейн Л.М, Шубина Е.С. Многоликая водородная связь // «Природа». - 2003. - № 1 .
- Водородная связь. Сб. ст.. - М ., 1964.
- Pauling L. The chemical bond. - N. Y. , 1967.
Ссылки
- - статья из энциклопедии «Кругосвет»
- Водородная связь - статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание). Иогансен А. В..
|
||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Водородная связь
Когда князь Андрей пришел в приготовленную для него комнату и в чистом белье лег на пуховики и душистые гретые подушки, – он почувствовал, что то сражение, о котором он привез известие, было далеко, далеко от него. Прусский союз, измена Австрии, новое торжество Бонапарта, выход и парад, и прием императора Франца на завтра занимали его.Он закрыл глаза, но в то же мгновение в ушах его затрещала канонада, пальба, стук колес экипажа, и вот опять спускаются с горы растянутые ниткой мушкатеры, и французы стреляют, и он чувствует, как содрогается его сердце, и он выезжает вперед рядом с Шмитом, и пули весело свистят вокруг него, и он испытывает то чувство удесятеренной радости жизни, какого он не испытывал с самого детства.
Он пробудился…
«Да, всё это было!…» сказал он, счастливо, детски улыбаясь сам себе, и заснул крепким, молодым сном.
На другой день он проснулся поздно. Возобновляя впечатления прошедшего, он вспомнил прежде всего то, что нынче надо представляться императору Францу, вспомнил военного министра, учтивого австрийского флигель адъютанта, Билибина и разговор вчерашнего вечера. Одевшись в полную парадную форму, которой он уже давно не надевал, для поездки во дворец, он, свежий, оживленный и красивый, с подвязанною рукой, вошел в кабинет Билибина. В кабинете находились четыре господина дипломатического корпуса. С князем Ипполитом Курагиным, который был секретарем посольства, Болконский был знаком; с другими его познакомил Билибин.
Господа, бывавшие у Билибина, светские, молодые, богатые и веселые люди, составляли и в Вене и здесь отдельный кружок, который Билибин, бывший главой этого кружка, называл наши, les nфtres. В кружке этом, состоявшем почти исключительно из дипломатов, видимо, были свои, не имеющие ничего общего с войной и политикой, интересы высшего света, отношений к некоторым женщинам и канцелярской стороны службы. Эти господа, повидимому, охотно, как своего (честь, которую они делали немногим), приняли в свой кружок князя Андрея. Из учтивости, и как предмет для вступления в разговор, ему сделали несколько вопросов об армии и сражении, и разговор опять рассыпался на непоследовательные, веселые шутки и пересуды.
– Но особенно хорошо, – говорил один, рассказывая неудачу товарища дипломата, – особенно хорошо то, что канцлер прямо сказал ему, что назначение его в Лондон есть повышение, и чтоб он так и смотрел на это. Видите вы его фигуру при этом?…
– Но что всего хуже, господа, я вам выдаю Курагина: человек в несчастии, и этим то пользуется этот Дон Жуан, этот ужасный человек!
Князь Ипполит лежал в вольтеровском кресле, положив ноги через ручку. Он засмеялся.
– Parlez moi de ca, [Ну ка, ну ка,] – сказал он.
– О, Дон Жуан! О, змея! – послышались голоса.
– Вы не знаете, Болконский, – обратился Билибин к князю Андрею, – что все ужасы французской армии (я чуть было не сказал – русской армии) – ничто в сравнении с тем, что наделал между женщинами этот человек.
– La femme est la compagne de l"homme, [Женщина – подруга мужчины,] – произнес князь Ипполит и стал смотреть в лорнет на свои поднятые ноги.
Билибин и наши расхохотались, глядя в глаза Ипполиту. Князь Андрей видел, что этот Ипполит, которого он (должно было признаться) почти ревновал к своей жене, был шутом в этом обществе.
– Нет, я должен вас угостить Курагиным, – сказал Билибин тихо Болконскому. – Он прелестен, когда рассуждает о политике, надо видеть эту важность.
Он подсел к Ипполиту и, собрав на лбу свои складки, завел с ним разговор о политике. Князь Андрей и другие обступили обоих.
– Le cabinet de Berlin ne peut pas exprimer un sentiment d"alliance, – начал Ипполит, значительно оглядывая всех, – sans exprimer… comme dans sa derieniere note… vous comprenez… vous comprenez… et puis si sa Majeste l"Empereur ne deroge pas au principe de notre alliance… [Берлинский кабинет не может выразить свое мнение о союзе, не выражая… как в своей последней ноте… вы понимаете… вы понимаете… впрочем, если его величество император не изменит сущности нашего союза…]
– Attendez, je n"ai pas fini… – сказал он князю Андрею, хватая его за руку. – Je suppose que l"intervention sera plus forte que la non intervention. Et… – Он помолчал. – On ne pourra pas imputer a la fin de non recevoir notre depeche du 28 novembre. Voila comment tout cela finira. [Подождите, я не кончил. Я думаю, что вмешательство будет прочнее чем невмешательство И… Невозможно считать дело оконченным непринятием нашей депеши от 28 ноября. Чем то всё это кончится.]
И он отпустил руку Болконского, показывая тем, что теперь он совсем кончил.
– Demosthenes, je te reconnais au caillou que tu as cache dans ta bouche d"or! [Демосфен, я узнаю тебя по камешку, который ты скрываешь в своих золотых устах!] – сказал Билибин, y которого шапка волос подвинулась на голове от удовольствия.
Все засмеялись. Ипполит смеялся громче всех. Он, видимо, страдал, задыхался, но не мог удержаться от дикого смеха, растягивающего его всегда неподвижное лицо.
– Ну вот что, господа, – сказал Билибин, – Болконский мой гость в доме и здесь в Брюнне, и я хочу его угостить, сколько могу, всеми радостями здешней жизни. Ежели бы мы были в Брюнне, это было бы легко; но здесь, dans ce vilain trou morave [в этой скверной моравской дыре], это труднее, и я прошу у всех вас помощи. Il faut lui faire les honneurs de Brunn. [Надо ему показать Брюнн.] Вы возьмите на себя театр, я – общество, вы, Ипполит, разумеется, – женщин.
– Надо ему показать Амели, прелесть! – сказал один из наших, целуя кончики пальцев.
– Вообще этого кровожадного солдата, – сказал Билибин, – надо обратить к более человеколюбивым взглядам.
– Едва ли я воспользуюсь вашим гостеприимством, господа, и теперь мне пора ехать, – взглядывая на часы, сказал Болконский.
– Куда?
– К императору.
– О! о! о!
– Ну, до свидания, Болконский! До свидания, князь; приезжайте же обедать раньше, – пocлшaлиcь голоса. – Мы беремся за вас.
– Старайтесь как можно более расхваливать порядок в доставлении провианта и маршрутов, когда будете говорить с императором, – сказал Билибин, провожая до передней Болконского.
– И желал бы хвалить, но не могу, сколько знаю, – улыбаясь отвечал Болконский.
– Ну, вообще как можно больше говорите. Его страсть – аудиенции; а говорить сам он не любит и не умеет, как увидите.
На выходе император Франц только пристально вгляделся в лицо князя Андрея, стоявшего в назначенном месте между австрийскими офицерами, и кивнул ему своей длинной головой. Но после выхода вчерашний флигель адъютант с учтивостью передал Болконскому желание императора дать ему аудиенцию.
Император Франц принял его, стоя посредине комнаты. Перед тем как начинать разговор, князя Андрея поразило то, что император как будто смешался, не зная, что сказать, и покраснел.
– Скажите, когда началось сражение? – спросил он поспешно.
Князь Андрей отвечал. После этого вопроса следовали другие, столь же простые вопросы: «здоров ли Кутузов? как давно выехал он из Кремса?» и т. п. Император говорил с таким выражением, как будто вся цель его состояла только в том, чтобы сделать известное количество вопросов. Ответы же на эти вопросы, как было слишком очевидно, не могли интересовать его.
– В котором часу началось сражение? – спросил император.
– Не могу донести вашему величеству, в котором часу началось сражение с фронта, но в Дюренштейне, где я находился, войско начало атаку в 6 часу вечера, – сказал Болконский, оживляясь и при этом случае предполагая, что ему удастся представить уже готовое в его голове правдивое описание всего того, что он знал и видел.
Химические связи образуются не только между атомами, но, также и между молекулами. Одним из таких видов связи является водородная связь , возникающая между молекулами, в состав которых входит водород и элемент с высокой электроотрицательностью, связанный с атомом водорода ковалентной полярной связью (общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому, а атом водорода становится частично положительно заряженным): HF; H 2 O; NH 3 ; HCl; H 2 S и проч.
Понятие электроотрицательности (способности атомов в химических связях притягивать к себе электроны) впервые в практику ввел в 1932 году американский химик Л. Полинг. Химики чаще пользуются относительными значениями электроотрицательности, при этом абсолютные величины электроотрицательности, определенные различными методами, несколько отличны друг от друга. В общем по периодической таблице прослеживается четкая зависимость - электроотрицательность химических элементов в периодах увеличивается слева направо (по мере увеличения порядкового номера элемента), а в группах уменьшается сверху вниз.
Наибольшей электроотрицательностью обладают неметаллы:
F - 3,98; O - 3,44; Cl - 3,16; N - 3,04; Br - 2,96; I - 2,66; S - 2,58; C, Se - 2,55; H - 2,20.
Таблица электроотрицательности химических элементов (см. таблицу в натуральную величину).
В водородной связи роль донора играет электроотрицательный элемент, обладающий частичным отрицательным зарядом и свободными электронными парами; роль акцептора отведена атому водорода.
Водородная связь не образуется в соединениях водорода с элементами, электроотрицательность которых близка к электроотрицательности водорода: CH 4 ; PH 3 …
Проследим механизм образования водородной связи в молекуле воды. Поскольку ковалентная связь О - Н сильно полярная, то на атоме водорода образуется частичный положительный заряд, а на атоме кислорода - частично отрицательный, что приводит к сильному смещению электрона водорода, при этом его орбиталь оказывается практически свободной и с ней начинает взаимодействовать свободная электронная пара атома кислорода другой молекулы воды - это и есть водородная связь, при которой один из атомов водорода расположен между двумя электроотрицательными атомами кислорода, с одним из которых связывается ковалентной связью.
Благодаря водородным связям молекулы могут объединяться в ассоциаты .
Следует сказать, что сила водородной связи примерно на порядок меньше ковалентной (для ее разрыва достаточно 10-100 кДж/моль энергии). Однако, несмотря на это, водородные связи оказывают существенное влияние на такие физико-химические свойства соединений, как температура кипения, плавления, растворимость в воде. Например, вещества с водородной связью (вода, низкомолекулярные спирты, аммиак и проч.) имеют достаточно высокие температуры кипения, поскольку для разрыва множественных водородных связей требуется дополнительная энергия.
Вещества, способные образовывать водородные связи с молекулами растворителя, обладают хорошей растворимостью. Также водородные связи достаточно широко распространены в природе, часто встречаются в белковых соединениях и нуклеиновых кислотах. В процессе обмена веществ в организме также образуются и расщепляются водородные связи.