В. Водородная связь

Относится к типу слабых взаимодействий. Возникает в случае, когда водород ковалентно связан с сильно электроотрицательным элементом (O, F, N).

Электронная плотность при этом значительно смещена к электроотрицательному атому и на водороде возникает частичный положительный заряд. При приближении к нему электроотрицательного атома другой молекулы между ними возникает сила притяжения.

Водородная связь значительно слабее ковалентной. Тем не менее, она оказывает существенное влияние на физико-химические характеристики соединений: температуры кипения и плавления, растворимость в воде. Температура кипения спиртов повышается, т.к. требуется дополнительная энергия для разрушения водородных связей при переводе в парообразное состояние. Иногда образуются прочные ассоциаты, которые не разрушаются и при нагревании, существуя и в парах, например, димеры низших кислот.

O ^… H – O

R – C C - R

O – H ^… O

Из всех известных видов слабых взаимодействий лишь водородные связи обладают требуемой прочностью, необходимой для поддержания высокоорганизованных молекулярных структур и вместе с тем допускают быстрые структурные перегруппировки при температурах, присущих живым организмам.

Т.к. в органических соединениях преобладает ковалентная связь, рассмотрим её более подробно:

Характеристики ковалентной связи:

1. Длина связи

- это равновесное расстояние между ядрами связанных атомов, выражаемое в нанометрах. Половина длины связи в симметричной молекуле (Н₂, Сl₂…) называется ковалентным радиусом.

1 нм = 10^{-9 м (нанометр)}

2. Энергия связи Е [кДж/моль; ккал/моль]

- это энергия, выделяющаяся при образовании молекулы из одиночных атомов. Обычно чем длиннее связь, тем меньше её энергия.

3. Полярность (статическая поляризация)

- отражает взаимное влияние непосредственно связанных атомов. Ковалентная связь полярна в случаях, когда один из связанных атомов обладает большей ЭО Неполярная ковалентная связь образуется, когда в молекуле связаны два одинаковых атома и электронная плотность распределена равномерно между атомами.

d+ d- Н3С Сl полярная связь

Н3С – СН3 неполярная связь

4. Поляризуемость (динамическая поляризация)

- это способность электронной оболочки атома или молекулы деформироваться под воздействием внешнего поля, вызванного ионами или полярными молекулами. При снятии действия внешнего поля поляризуемость исчезает.

Поляризуемость связи возрастает с уменьшением разности ЭО атомов, образующих связь. Таким образом, существует обратная зависимость между полярностью и поляризуемостью ковалентной связи: чем больше электроны сдвинуты в статической молекуле, тем меньше остается возможности для их смещения под внешним воздействием.

Подобная взаимосвязь хорошо прослеживается на примере молекул галогеноводородов:

НF HCl HBr HJ

полярности

поляризуемости

5. Направленность

Объясняется принципом максимального перекрывания атомных орбиталей. Нарушение этого принципа приводит к разрыву связи. Ковалентная связь тем прочнее, чем больше перекрывание электронных орбиталей при данном межъядерном расстоянии. Поэтому молекула, в которой ковалентной связью соединены более двух атомов, имеет определенное пространственное строение.

При образовании ковалентной связи различают два типа перекрывания атомных орбиталей. Если атомные орбитали перекрываются вдоль оси, соединяющей ядра атомов – это s-перекрывание (s-связь). Ковалентные p-связи образуются путем перекрывания р или d-орбиталей боковыми поверхностями. Чаще всего встречается p-связь, образованная боковым перекрыванием р-орбиталей с параллельными осями.

По прочности p-связь слабее s-связи.

6. Насыщаемость

Это свойство связано с тем обстоятельством, что в атоме в образовании связей участвуют неспаренные электроны и неподеленные пары электронов. Например, атом азота имеет три неспаренных электрона, а атом водорода – один. По принципу насыщаемости устойчивым соединением может быть только NH_3.