Determinarea conținutului de legare a hidrogenului - chimică

2. Determinarea legăturii de hidrogen

Legătura care se formează între un atom de hidrogen al unei molecule și un atom element de puternic electronegativ (O, N, F) a altei molecule, numite legături de hidrogen.

Problema poate apărea: de ce hidrogen formează o legătură chimică specifică?

Acest lucru se datorează faptului că hidrogenul atomic este raza foarte mică. Mai mult, când schimbarea sau returnează complet hidrogen său electron unic capătă o sarcină pozitivă relativ mare, din cauza căreia hidrogenul unei molecule interacționează cu atomii elementelor electronegative având o sarcină negativă parțială, lăsând o parte din alte molecule (HF, H2O, NH3).

Luați în considerare câteva exemple. De obicei, noi reprezentăm o parte din formula chimică H2 O. Cu toate acestea, apa nu este în întregime corectă. Ar fi compoziția apei notate cu formula (H2O) n, unde n = 2,3,4, etc. D. Motivul este că moleculele de apă individuale legate prin legături de hidrogen.

legături de hidrogen sunt de obicei notate prin puncte. Este mult mai slabă decât legături ionice sau covalente, dar mai puternică decât interacțiunea intermoleculară de obicei.

Prezența legăturilor de hidrogen explică creșterea volumului de apă scade temperatura. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când temperatura este scăzută întărirea moleculelor are loc și, astfel, scade lor „ambalaj“ densitate.

In studiul chimiei organice, cum și de ce a apărut întrebarea de fierbere alcooli temperatura este mult mai mare decât hidrocarburile corespunzătoare? Acest lucru se explică prin faptul că între alcoolul moleculele de asemenea, forma legături de hidrogen.

Creșterea alcoolului temperatura de fierbere se datorează coarsening a moleculelor. Legătura de hidrogen este tipic pentru mulți alți compuși organici (fenoli, acizi carboxilici, etc.). Desigur, de chimie organică și biologie generală cunoscut faptul că prezența unor legături de hidrogen explică structura secundară a proteinelor, structura dublu helix ADN, r. E. Un fenomen de complementaritate.

3. Tipuri de legături de hidrogen

Există două tipuri de legături de hidrogen intramoleculare și legături de hidrogen intermoleculare. În cazul în care legătura de hidrogen unește o parte a moleculei, vorbim de o legătură de hidrogen intramoleculare. Acest lucru este valabil mai ales a multor compuși organici. Dacă legătura de hidrogen format între un atom de hidrogen al unei molecule și un atom metaloid al altei molecule (intermolecular bonding hidrogen), moleculele formeaza o destul de puternice lanțuri de cuplu, inele. Astfel, acidul formic și în formă lichidă și gazoasă există ca un dimer:

acid fluorhidric gazos și conțin molecule de polimer care includ până la patru particule HF. legături puternice între moleculele pot fi găsite în apă, amoniac lichid, alcooli. Necesar pentru formarea de legături de hidrogen de atomi de oxigen și de azot conțin toate carbohidrați, proteine, acizi nucleici. Este cunoscut, de exemplu, glucoză, fructoză și zaharoză este perfect solubil în apă. Nu în ultimul rând rolul jucat legături de hidrogen formate între molecule într-o soluție de apă și numeroase carbohidrați grupe OH.

4. Energia legăturii de hidrogen

Există mai multe abordări pentru caracterizarea legăturilor de hidrogen. Principalul criteriu - energia de legare a hidrogenului (R-X-H ... BY), care depinde de natura atomilor X și B și structura generală și RXH BY molecule. Pentru cea mai mare parte este de 10-30 kJ / mol, dar în unele cazuri poate fi de până la 60-80 kJ / mol, și chiar mai mare. Energia Performance distinge legături puternice și slabe de hidrogen. Energia formării legăturilor de hidrogen puternice este de 15-20 kJ / mol sau mai mult. Acestea includ comunicațiile O-H ... O în apă, alcooli, acizi carboxilici, de O-H ... N, N-H ... O și N-H ... N în compușii care conțin grupări hidroxil, de amide și amine, cum ar fi proteinele. Formarea legăturii de hidrogen slab au energie mai mică de 15 kJ / mol. Limita inferioară a energiei legăturii de hidrogen este de 6,4 kJ / mol, de exemplu de C-H ... O, în cetone, eteri, soluții apoase de compuși organici.

Cele mai multe legături de hidrogen puternice sunt formate atunci când puțină hidrogen (acid tare) simultan legat doi atomi foarte electronegative de mici dimensiuni (baza) rigide. Orbital oferă cea mai bună interacțiune potrivire acido-bazic și conduce la formarea de legături de hidrogen puternice. Adică, formarea de legături puternice și slabe de hidrogen pot fi explicate în termenii conceptului de acizi și baze tari și moi (Pearson principiu principiul HSAB).

Energia crește H-obligațiuni cu creșterea sarcină pozitivă datorită hidrogen un atom de H și X cu o creștere proton-atom (bazicitate acestuia). Cu toate că legătura de hidrogen este considerat din punctul de vedere al interacțiunii acido-bazic dar energia de formare a complexelor H cum ar fi slab corelat cu scara acidității și bazicității scalei.

Un model similar se observă și în cazul mercaptani și alcooli. Mercaptani sunt acizi puternici decât alcooli, dar formă asociază mai durabile alcooli. Motivul acestor anomalii aparente este de înțeles atunci când consideră că valoarea de aciditate pKa determinată de rezultatele regimului complet al interacțiunilor acido-bazic (înainte de formarea ionilor solvatați) și formarea unui complex molecular cu H-obligațiuni este doar prima etapă a acestui proces, care nu include legături de rupere X N. Solvenți inerți de reacție acid în bază este de obicei oprit în etapa H-complex.

În ceea ce privește principalii compuși organici și capacitatea lor de a participa la formarea H-obligațiuni, și aici există diferențe mari. Astfel, cu aceeași capacitate de legare a hidrogenului la gradul de bazicitatea aminelor 5 ordine de mărime mai mare decât cea a piridinelor și cu 13 ordine de mărime mai mare decât cea a compușilor carbonil substituiți.

Pe baza setului de date experimentale o corelație liniară între gradul de transfer de sarcină și energia legăturile de hidrogen intermoleculare, care este un argument important în favoarea naturii donor-acceptor al acesteia din urmă. Influența semnificativă asupra formării legăturilor de hidrogen poate furniza factori sterica. De exemplu, fenoli orto-substituiți sunt mai puțin predispuse la autoasocierea decât meta- corespunzătoare și para-izomeri, asociația este complet absentă din 2,6-di-terț-butilfenol. Odată cu creșterea temperaturii cantității complexelor moleculare din amestec este redus, iar acestea sunt mult mai rare în faza gazoasă.

La începutul, desigur, a menționat că legătura de hidrogen este intermediară între adevărat (valență) și interacțiunea intermoleculară legătură chimică slabă. Mult mai aproape? Răspunsul este ambiguu, deoarece gama de energii de legături de hidrogen este fluctuații destul de mari. Dacă vorbim despre legăturile de hidrogen puternice, care pot avea un efect semnificativ asupra proprietăților substanțelor, acestea sunt mai aproape de legăturile chimice adevărate. Și depinde nu numai relativ H-obligațiuni de mare energie, dar, de asemenea, faptul că acesta este localizat în spațiu, punte de hidrogen are partenerii săi „personal“. Direcția de acțiune a legăturii de hidrogen este de asemenea fixat, dar nu atât de dur ca la legăturile chimice adevărate.

Informații despre „legătura de hidrogen“