Химия ғылымындағы әртүрлі элементтер атомдарының бір-бірімен әрекеттесу қабілетін зерттеудің хронологиясына қарасақ, 19 ғасырдың ортасын бөліп көрсетуге болады. Сол кезде ғалымдар оттегінің, фтордың, азоттың сутекті қосылыстарын аномальды деп атауға болатын қасиеттер тобымен сипатталатынына назар аударды.
Бұл, ең алдымен, өте жоғары балқу және қайнау температуралары, мысалы, су немесе фторид сутегі үшін, олар басқа ұқсас қосылыстарға қарағанда жоғары. Қазіргі уақытта бұл заттардың бұл ерекшеліктері сутегі атомдарының жоғары электртерістілік көрсеткіші бар элементтер атомдарымен әдеттен тыс байланыс түрін құру қасиетімен анықталатыны белгілі. Олар оны сутегі деп атады. Байланыстың қасиеттері, оның түзілу ерекшеліктері және құрамындағы қосылыстардың мысалдары - біз мақаламызда тоқталатын негізгі мәселелер.
Қосылу себебі
Электростатикалық тартылыс күштерінің әрекетіхимиялық байланыстың көптеген түрлерінің пайда болуының физикалық негізі. Бір элементтің қарама-қарсы зарядталған атом ядролары мен екінші элементтің электрондарының әрекеттесуі нәтижесінде пайда болған химиялық байланыстың түрлері белгілі. Бұл металл емес элементтердің қарапайым және күрделі қосылыстарына тән коваленттік полюссіз және полярлы байланыстар.
Мысалы, электртерістігі ең жоғары фтор атомы мен бастапқыда бір электронды бұлты тек Н атомына жататын сутегінің электронды бейтарап бөлшегі арасында теріс зарядталған тығыздықтың ығысуы байқалады.. Енді сутегі атомының өзін протон деп атауға болады. Әрі қарай не болады?
Электростатикалық әрекеттесу
Сутегі атомының электронды бұлты толығымен дерлік фтор бөлшегіне қарай өтеді және ол артық теріс заряд алады. Жалаңаш, яғни теріс тығыздығы жоқ, сутегі атомы - протон және F- ионының көршілес фторид сутегі молекуласының арасында электростатикалық тартылыс күші көрінеді. Бұл молекулааралық сутектік байланыстардың пайда болуына әкеледі. Оның пайда болуына байланысты бірнеше HF молекуласы бірден тұрақты ассоциациялар құра алады.
Сутектік байланыстың түзілуінің негізгі шарты химиялық элемент атомының электртерістігі жоғары және онымен әрекеттесетін сутегі протонының болуы. Бұл әрекеттесу түрі оттегі мен фтор қосылыстарында (су, фторид сутегі) айқынырақ, аммиак сияқты азоты бар заттарда азырақ, ал күкірт пен хлор қосылыстарында тіпті азырақ көрінеді. Молекулалар арасында түзілетін сутегі байланыстарының мысалдарын органикалық заттардан да табуға болады.
Осылайша, функционалды гидроксил топтарының оттегі мен сутегі атомдары арасындағы спирттерде электростатикалық тартылыс күштері де пайда болады. Сондықтан гомологтық қатардың алғашқы өкілдері - метанол және этил спирті - осы құрамдағы және молекулалық салмақтағы басқа заттар сияқты газдар емес, сұйықтар.
Қарым-қатынастың энергетикалық сипаттамасы
Ковалентті (40–100 ккал/моль) және сутегі байланыстарының энергия сыйымдылығын салыстырайық. Төмендегі мысалдар келесі мәлімдемені растайды: сутегі түрі фтор қосылыстарында тек 2 ккал/моль (аммиак димерлері арасында) - 10 ккал/моль энергияны қамтиды. Бірақ кейбір заттардың бөлшектері ассоциацияларға: димерлерге, тетраларға және полимерлер - көптеген молекулалардан тұратын топтарға қосылуы үшін жеткілікті болып шықты.
Олар қосылыстың сұйық фазасында ғана емес, газ күйіне өткенде ыдырамай сақталуы мүмкін. Сондықтан молекулаларды топтап ұстайтын сутектік байланыстар аммиак, су немесе фторид сутегінің әдеттен тыс жоғары қайнау және балқу нүктелерін тудырады.
Су молекулалары қалай байланысады
Бейорганикалық және органикалық заттарда химиялық байланыстың бірнеше түрі болады. Полярлық бөлшектердің бір-бірімен байланысы процесінде пайда болатын және молекулааралық сутек деп аталатын химиялық байланыс физика-химиялық құрамын түбегейлі өзгерте алады.қосылу сипаттамалары. Бұл тұжырымды судың қасиеттерін қарастыру арқылы дәлелдеп көрейік. H2O молекулаларының диполь пішіні бар – полюстері қарама-қарсы зарядтарды алып жүретін бөлшектер.
Көрші молекулалар бір-біріне оң зарядты сутегі протондары мен оттегі атомының теріс зарядтары арқылы тартылады. Осы процестің нәтижесінде молекулалық комплекстер – ассоциациялар түзіледі, бұл қосылыстың қалыптан тыс жоғары қайнау және балқу температураларының, жоғары жылу сыйымдылығы мен жылу өткізгіштігінің пайда болуына әкеледі.
Судың бірегей қасиеттері
H2O бөлшектерінің арасында сутегі байланыстарының болуы оның өмірлік маңызды қасиеттерінің көпшілігіне жауап береді. Су ең маңызды метаболикалық реакцияларды - жасушада кездесетін көмірсулардың, ақуыздардың және майлардың гидролизін қамтамасыз етеді және еріткіш болып табылады. Цитоплазманың немесе жасушааралық сұйықтықтың бір бөлігі болып табылатын мұндай су бос деп аталады. Молекулалар арасындағы сутектік байланыстардың арқасында ол ақуыздар мен гликопротеиндер айналасында гидратация қабықшаларын құрайды, бұл полимер макромолекулалары арасында жабысып қалудан сақтайды.
Бұл жағдайда су құрылымдық деп аталады. H2O бөлшектері арасында пайда болатын сутектік байланысқа біз келтірген мысалдар оның органикалық заттардың – белоктар мен полисахаридтердің негізгі физикалық және химиялық қасиеттерін қалыптастырудағы жетекші рөлін дәлелдейді. тірі организмдерде жүретін ассимиляция және диссимиляция процестерінде.жүйелерде, сонымен қатар олардың жылулық тепе-теңдігін қамтамасыз етуде.
Молекулярлық сутегі байланысы
Салицил қышқылы - қабынуға қарсы, жараларды емдейтін және микробқа қарсы әсері бар белгілі және ұзақ уақыт қолданылатын дәрілердің бірі. Қышқылдың өзі, фенолдың бром туындылары, органикалық комплексті қосылыстар молекулаішілік сутектік байланыс түзуге қабілетті. Төменде келтірілген мысалдар оның қалыптасу механизмін көрсетеді. Сонымен, салицил қышқылы молекуласының кеңістіктік конфигурациясында карбонил тобының оттегі атомы мен гидроксил радикалының сутегі протонының жақындауы мүмкін.
Оттегі атомының электртерістігі жоғары болғандықтан, сутегі бөлігінің электроны оттегі ядросының әсерінен толығымен дерлік түседі. Салицил қышқылы молекуласының ішінде сутектік байланыс пайда болады, ол ондағы сутегі иондарының концентрациясының жоғарылауына байланысты ерітіндінің қышқылдығын арттырады.
Қорытындылай келе, егер донор тобы (электронды беретін бөлшек) және оны қабылдайтын акцепторлық атом бір молекуланың бөлігі болса, атомдар арасындағы өзара әрекеттесудің бұл түрі көрінеді деп айта аламыз.
