- •Основные законы химии
- •Моль. Молярная масса
- •Относительная атомная и молекулярная массы
- •Газовые законы
- •1. Закон о суммарном давлении смеси газов: давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь
- •Закон эквивалентов
- •Периодический закон и периодическая система химических элементов д. И. Менделеева
- •Строение атома
- •Модели Томсона и Резерфорда
- •Закон Мозли
- •Электронная оболочка атомов по Бору
- •Представления квантовой механики
- •Современная модель состояния электрона в атоме
- •Строение электронных оболочек атомов
- •Способы записи электронных конфигураций атомов и ионов
- •Периодический закон и периодическая система элементов д.И. Менделеева в свете учения о строении атомов
- •Свойства атомов. Их периодичность
- •Химическая связь и строение молекул
- •Ковалентная связь
- •Метод валентных связей
- •Сигма () и пи ()-связи
- •Донорно-акцепторная связь
- •Свойства ковалентной связи
- •Полярные и неполярные молекулы
- •Относительная электроотрицательность атомов
- •Ионная связь
- •Гибридизация атомных орбиталей
- •Гибридизация орбиталей и пространственная конфигурация молекул
- •Металлическая связь
- •Водородная связь
- •Типы кристаллических решеток
- •Валентность
- •Степень окисления
- •Комплексные соединения (комплементарность) Структура комплексных соединений
- •Хелаты и внутрикомплексные соединения
- •Реакции образования комплексных соединений
- •Номенклатура комплексных соединений
- •Пространственное строение и изомерия комплексных соединений
- •Диссоциация комплексных соединений в растворах. Константа нестойкости. Константа устойчивости
- •Связь в комплексных ионах
- •Реакции с участием комплексных соединений
- •1) Реакции обмена
- •2) Окислительно-восстановительные реакции
- •Элементы химической термодинамики Основные понятия
- •Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Энтальпия
- •Закон Гесса. Следствия из него
- •Второй закон термодинамики. Энтропия
- •Термодинамические потенциалы
- •14 Типы реакций, различающиеся возможностьюи условиями протекания в зависимости от характера изменения ∆н и ∆s
- •Химическая кинетика Основные понятия
- •Скорость химической реакции
- •Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов
- •Влияние температуры на скорость реакции
- •Дисперсные системы
- •Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Количественные характеристики дисперсных систем
- •Устойчивость дисперсных систем
- •Применение
- •Растворы Растворы в природе. Теории растворов
- •Механизм процесса растворения
- •Тепловые эффекты при растворении
- •Ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы
- •Растворимость различных веществ в воде
- •Выражение количественного состава растворов
- •Разбавленные растворы неэлектролитов и их свойства
- •Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы
- •Растворы электролитов и их свойства
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •Гидролиз солей
- •Буферные растворы
- •Водородный показатель (рН) растворов
- •Свойства кислотно-основных индикаторов
- •Применение
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Распространенные окислители и их продукты
- •Важнейшие восстановители и окислители
- •Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных реакций
- •Эквивалентные массы окислителя и восстановителя
- •Классификация окислительно-восстановительных реакций
- •4) Особые случаи овр:
- •Электрохимические системы Общая характеристика
- •Электродный потенциал. Измерение электродных потенциалов
- •Ряд стандартных электродных потенциалов (напряжений). Уравнение Нернста
- •Ряд напряжений металлов
- •Гальванические элементы, их электродвижущая сила
- •Аккумуляторы
- •Характеристики аккумулятора Эдисона и свинцового аккумулятора
- •Топливные элементы
- •Электролиз
- •Законы электролиза
- •Применение электролиза
- •Высокомолекулярные соединения (вмс) или полимеры
- •Физические свойства
- •Классификация
- •Полимеризационные полимеры
- •Поликонденсационные полимеры
- •Применение
- •Олигомеры
Водородная связь
Водородная связь (Н-связь) – это связь, образуемая протонированным атомом водорода с сильноэлектроотцательным атомом той же или другой молекулы. В обычных условиях валентность водорода равна 1, и он способен обобществлять с другими атомами одну электронную пару, образуя ковалентную связь: атом водорода может присоединять электрон, образуя гидрид-ион Н+.
Атом водорода обладает особенностью, отличающей его от всех остальных атомов: отдавая свой электрон, он остается в виде ядра без электронов, т.е. в виде частицы, диаметр, которой в тысячи раз меньше диаметра остальных атомов. При отсутствии электронов ион Н+ не отталкивается электронными оболочками других атомов или ионов, а наоборот, притягивается; он может близко подходить к другим атомам, взаимодействовать с их электронами и даже внедряться в их электронные оболочки. В жидкостях Н+-ионы большей частью не сохраняется в виде самостоятельной частицы, а связываются с молекулами двух веществ: в воде с молекулами воды, образуя ион Н3О+-ион гидроксония; с молекулой аммиака – NH4+-ион аммония.
Будучи связанным с атомом одного из наиболее электроотрицательных элементов: с атомом фтора, кислорода, хлора и азота, атом водорода приобретает относительно высокий положительный заряд, не превышающий единицу. Так как этот заряд сосредоточен на чрезвычайно малом атомном остове, он сильно приближается к другому атому, несущему отрицательный заряд. Это вызывает образование довольно сильной диполь-дипольной связи с энергией 20-30 кДж/моль и больше. Водородная связь возникает в результате междипольного взаимодействия двух сильно полярных связей, принадлежащих различным молекулам или одной и той же молекуле. Она слабее обычной ковалентной связи, энергия которой составляет приблизительно 125-420 кДж/моль и может усиливаться вследствие взаимной поляризации связей, обусловленной указанными особенностями водородного атома. Водородная связь (Н-связь) обозначается Х-НХ.
Атом водорода, участвующий в водородной связи, может располагаться точно посередине между двумя сильноотрицательными атомами – симметричное расположение или же смещаться ближе к тому из них, который имеет большую электроотрицательность – несимметричное расположение.
Энергии водородной связи достаточно, чтобы при обычных и пониженных температурах вызывать заметную диссоциацию молекул. Фтористый водород даже вблизи температуры кипения имеет средний состав (HF)4. Ассоциация приводит к аномально высоким температурам плавления и кипения фтороводорода. Существование димера H2F2 объясняет образование кислых солей типа KHF2NaHF2. Тот факт, что фтористоводородная кислота, в отличие от хлористоводородной, бромистоводородной и иодистоводородной, представляет собой слабую кислоту (Кд = 710-4) – тоже является следствием ассоциации молекул HF из-за водородных связей.
При наличии несимметричной водородной связи, которая возникает в соединениях кислорода и азота, водород располагается немного ближе к одному из двух соседствующих атомов, здесь межмолекулярная Н-связь. Каждая молекула Н2О участвует в образовании двух Н-связей, так что атом кислорода оказывается связанным с четырьмя атомами водорода. Ассоциированные молекулы воды образуют ажурную пространственную структуру, где каждый атом кислорода располагается в центре тетраэдра, а в углах находятся атомы водорода.
Ажурная пространственная структура воды
Ажурной структурой льда объясняется его меньшая плотность, чем воды. При плавлении часть Н-связей рвется и увеличивается плотность воды, т.к. молекулы располагаются более плотно. Рентгеновское исследование показало, что для большей части молекул в жидкой воде сохраняется также тетраэдрическое окружение: расположение соседних молекул почти такое же, как и в кристалле льда, а в последующем слое повторяется
некоторое отклонение от указанной упорядоченности; отклонение увеличивается по мере удаления от взятой молекулы. Для воды характерно наличие «ближнего порядка» как и для других жидкостей, и в меньшей степени, по сравнению с другими жидкостями, наличие «дальнего порядка». Этим объясняется наличие кристаллической структуры в воде.
Свойства воды такие как, большие значения теплоемкости и теплоты испарения, аномально высокие температуры плавления и кипения, высокая диэлектрическая проницаемость – из-за связанности молекул воды водородными связями. Без Н-связей tпл.воды = -100 оС, tкип.воды = -80 оС.
Водородные связи присутствуют в жидком аммиаке. Водородный атом, связанный с углеродом, может приобрести способность образовывать водородную связь, если остальные валентности углерода насыщаются сильно электроотрицательными атомами или соответствующими атомными группами, например, хлороформ (СНСl3), пентахлорэтан (CCl3-CHCl2), т.е. соседство электроотрицательных атомов может активировать образование водородной связи у атомов СН-групп, хотя электроотрицательность атомов С и Н почти одинакова. Этим объясняется возникновение Н-связей между молекулами в жидких HCN, CHF3 и др.
Водородная связь свойственна любым агрегатным состояниям вещества. Она образуется между одинаковыми и между различными молекулами, между различными частями одной и той же молекулы – внутримолекулярная водородная связь. Наиболее распространенной является Н-связь между молекулами, содержащими гидроксильные группы ОН-.
Простые эфиры даже с большей молярной массой более летучи, чем спирты, так как в эфирах все атомы водорода связаны с атомами углерода и не способны образовывать Н-связи.
Велика роль Н-связи в биохимических системах. Свойства белков и нуклеиновых кислот в значительной степени обусловлены наличием водородной связи. Н-связь играет большую роль в процессах растворения. Особенно распространены водородные связи в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений, поэтому эти связи играют важную роль в химии процессов жизнедеятельности.