§ 3.7. Межмолекулярные взаимодействия

Комплексные соединения. Связь между молекулами может

осуществляться как электростатическим, так и донорно-

акцепторным взаимодействием. Так, в разделе 3.2 достаточ¬

но подробно проиллюстрирован донорно-акцепторный ме¬ ханизм образования комплексной соли типа К[А1(ОН)4].

Общепризнанного определения понятия "комплексное со¬

единение" нет. Это обусловлено разнообразием комплексных

соединений и их характерных свойств. Тем не менее часто

можно встретить следующее определение.

Комплексные соединения сложные вещества, в которых

можно выделить центральный атом (комплексообразователь)

ный атом и лиганды образуют комплекс (внутреннюю сферу),

который при записи формулы комплексного соединения за¬

ключают в квадратные скобки. Число лигандов во внутрен¬ ней сфере называется координационным числом. Молекулы и

ионы, окружающие комплекс, образуют внешнюю сферу.

Центральными атомами могут бьггь ионы переходных ме¬

таллов или атомы некоторых неметаллов (Р, Si).Типичные

лиганды: ОН", Н2О, NH3, CN , СО. Лиганды связаны с цент¬

ральным атомом донорно-акцепторной связью. В водном рас¬

творе комплексные соединения могут диссоциировать с обра¬

зованием комплексных катионов:

Водородная связь. Само название этого типа связи под¬

черкивает, что в ее образовании принимает участие атом во¬

дорода. Водородные связи могут образовываться в тех случа¬

ях, когда атом водорода связан с электроотрицательным

атомом, который смещает на себя электронное облако, соз¬

давая тем самым положительный заряд §+ на водороде.

Водородная связь связь между положительно заря¬

женным атомом водорода одной молекулы и отрицательно за¬

ряженным атомом другой молекулы. Водородная связь имеет

64

ПЕРИОД

Рис. 3.11. Влияние образования водородной связи на температуры кипения

гидридов различных элементов

Согласно изменению молекулярных масс, ожидаемый ход

кривых наблюдается только для гидридов элементов IV

группы (СН4, SiHt, GeH4, SnhU), в трех других рассмотрен¬

ных группах обнаруживаются аномально высокие точки ки¬

пения для NH3, HF и НгО, которые объясняются образовани¬

ем водородных связей между молекулами этих веществ. Наиболее прочная водородная связь должна быть у HF

(фтор наиболее электроотрицательный элемент), однако, как видно из рис. 3.11, самая высокая температура кипения у во¬

ды. Объясняется эго тем, что каждая молекула воды может

образовать две водородные связи, тогда как каждая молеку¬ ла фтористого водорода только одну.

Водородные связи могут образовываться, если есть по¬

лярная Х-Н связь и свободная пара электронов атома II пе¬

риода. Например, молекулы органических соединений, со¬

держащие группы -ОН, -СООН, -CONH2, -NH2 и др., часто

56

ассоциированы вследствие образования водородных связей.

Типичные случаи ассоциации наблюдаются для спиртов и органических кислот. Например, для уксусной кислоты воз¬

никновение водородной связи может привести к объедине¬

нию молекул в пары с образованием циклической димерной структуры, и молекулярная масса уксусной кислоты, изме¬

ренная по плотности пара, оказывается удвоенной (120 вмес¬ то 60).

Водородные связи могут возникать как между различны¬

ми молекулами, так и внутри молекулы, если в этой молекуле

имеются группы с доноркой и акцепторной способностями.

Так, именно внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей, которые определяют строение белков. Одним из наиболее известных примеров влияния внутримолекулярной водородной связи на

структуру является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Молекула ДНК свернута в виде двойной спирали. Две нити этой двойной спирали связаны друг с другом водородными связями.

Энергии водородных связей составляют обычно величины

порядка 20 40 кДж/моль.

Ван-дер-ваальсова связь. Все вещества в зависимости от

внешних условий (температуры и давления подробнее об этом см. в разделе 3.8) могут существовать в различных агре¬

гатных состояниях. Вещества при температурах вблизи 0 К (абсолютном нуле) существуют в твердом состоянии. Темпе¬

ратура неразрывно связана с кинетической энергией дви¬

гающихся молекул, при понижении температуры кинетиче¬

ская энергия каждой молекулы уменьшается, >зеличивается

время движения молекулы без столкновения с другими моле¬

кулами.

Отмеченные факты способствуют тому, что при низких

температурах оказывается возможным согласованное" дви¬

жение электронов.

У молекулы могут возникать наведенные диполи, и между

ними возникают так называемые индукционные силы при¬

тяжения.

Вид взаимодействия за счет возникновения наведенных

ддаюльных моментов называется ван-дер-ваальсовой связью

(или межмолекулярным взаимодействием). Энергия такой

57