Molekulalar o'rtasida vodorod aloqalari paydo bo'lishi mumkin. Kimyo. Molekulyar va molekulyar vodorod bog'lanishi

Kirish

Atomlararo o'zaro ta'sirlar

Vodorod aloqalarining xossalari

Elektromagnit nurlanish

Lazer nurlanishi

Xulosa

Vodorod energiyasi

KIRISH

Vodorod aloqasi-elektronmanfiy atom va vodorod atomi o'rtasidagi bog'lanish shakli H, boshqa elektron manfiy atom bilan kovalent bog'langan. Elektromanfiy atomlar N, O yoki F bo'lishi mumkin. Vodorod bog'lari molekulalararo yoki molekulyar bo'lishi mumkin.

Vodorod bog'lanishi ko'pincha elektrostatik o'zaro ta'sir sifatida ko'rib chiqiladi, vodorodning kichik o'lchamlari bilan kuchaytiriladi, bu o'zaro ta'sir qiluvchi dipollarning yaqinlashishiga imkon beradi. Keyinchalik bu donor-akseptor aloqasining bir turi, vodorod atomi o'rtasidagi valentli bo'lmagan o'zaro ta'sir sifatida aytiladi. H, atom bilan kovalent bog'langan A guruhlar A-H molekulalar RA-H va elektronegativ atom B boshqa molekula (yoki bir xil molekulaning funktsional guruhi) BR". Bunday o'zaro ta'sirlarning natijasi komplekslardir RA-H BR" turli darajadagi barqarorlik, bunda vodorod atomi bo'laklarni bog'laydigan "ko'prik" vazifasini bajaradi R.A. Va BR".

Vodorod bog'ining o'ziga xos xususiyatlari, shuning uchun u alohida tur sifatida ajralib turadi - uning unchalik yuqori emasligi, tarqalishi va ahamiyati, ayniqsa organik birikmalarda, shuningdek, kichik o'lchamli va qo'shimcha birikmalarning etishmasligi bilan bog'liq ba'zi yon ta'sirlar. vodoroddagi elektronlar.

Hozirgi vaqtda molekulyar orbitallar nazariyasi doirasida vodorod aloqasi atomlar zanjiri bo'ylab elektron zichligi delokalizatsiyasi va uch markazli to'rt elektronli bog'larning shakllanishi bilan kovalent bog'lanishning maxsus holati sifatida ko'rib chiqiladi (masalan. , -H -).

Molekulyar va molekulyar vodorod bog'lanishi

Vodorod aloqasi- bu vodorod atomi orqali bir xil yoki turli molekulalarning ikkita elektron manfiy atomlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir: A−H ... B (chiziq ko'rsatadi kovalent bog'lanish, uchta nuqta - vodorod aloqasi).

Vodorod aloqasi vodorod atomining (musbat zaryadli d+) elektr manfiy zaryadli d- bo'lgan elektron manfiy element atomiga elektrostatik tortilishi natijasida yuzaga keladi. Ko'pgina hollarda u kovalentdan zaifroq, lekin qattiq va suyuq moddalardagi molekulalarning bir-biriga odatiy tortilishidan sezilarli darajada kuchliroqdir. Molekulyar o'zaro ta'sirlardan farqli o'laroq, vodorod aloqasi yo'nalishlilik va to'yinganlik xususiyatlariga ega, shuning uchun u ko'pincha kovalent kimyoviy bog'lanish turlaridan biri hisoblanadi. Uni molekulyar orbital usuli yordamida uch markazli ikki elektronli bog'lanish sifatida tasvirlash mumkin.

Vodorod aloqasining belgilaridan biri vodorod atomi va uni tashkil etuvchi boshqa atom orasidagi masofa bo'lishi mumkin. Bu atomlarning radiuslari yig'indisidan kichik bo'lishi kerak. Asimmetrik vodorod aloqalari keng tarqalgan bo'lib, ulardagi masofa H ... B A−B dan katta. Biroq, kamdan-kam hollarda (vodorod ftorid, ba'zi karboksilik kislotalar) vodorod aloqasi simmetrikdir. A−H fragmentidagi atomlar orasidagi burchak ... B odatda 180 o ga yaqin. Eng kuchli vodorod aloqalari ftor atomlari ishtirokida hosil bo'ladi. Simmetrik ionda vodorod bog'ining energiyasi 155 kJ/mol bo'lib, kovalent bog'ning energiyasi bilan solishtirish mumkin. Suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalarining energiyasi allaqachon sezilarli darajada past (25 kJ / mol).

ASOSIY QISM

Atomlararo o'zaro ta'sir

Atomlar orasidagi bog'lanish turi, valentlik va valentlik bo'lmagan atomlararo o'zaro ta'sirlar o'rtasidagi oraliq. V. s. ikki elektron o'rtasida H atomi mavjud bo'lganda hosil bo'lishi mumkin. atomlari - F, N yoki O va vodorod atomi bu ikki atomdan biriga kovalent aloqa bilan bog'langan.

Tabiat V. s. O-H (N-H va boshqalar) bog'lanish chizig'idagi elektron zichligi ko'proq elektron-salbiy tomonga siljiydi. O atomiga (N va boshqalar). Bunday holda, vodorod protoni "yalang'och" bo'lib, bu elektronlarning yaqinlashishiga yordam beradi. qo'shni molekulalarning atomlari. Masofa natijasida O. . .O va N. .O V. larda. O-H. . .0 va N - H. .O van-der-Vaals atom radiuslari yig'indisiga taxminan teng, ya'ni el-salbiy bo'lib chiqadi. kristallardagi atomlar bir-biriga yaqinlashadi, go'yo ular orasida vodorod atomi yo'q.

Energiya V. s. Kimyoviy energiyadan 1-1,5 daraja kichikroq. bog'lar va valentlik bo'lmagan van der Vaals o'zaro ta'sirining energiyasidan 2-3 daraja yuqori. Naib. kuchli V. s. H 2 F 2, H 3 F 3, H 4 F 4, H 6 F 5 va H 6 F 6 polimer tuzilmalariga birlasha oladigan HF molekulalarini hosil qiladi (ikkinchisi ayniqsa barqaror, chunki u halqa shaklida bo'ladi. va shuning uchun qo'shimcha V. s. bilan barqarorlashgan). Juda kuchli B.lar. (har biri ~ 30 kJ / mol energiya bilan) bug 'holatida ham barqaror bo'lgan formik kislota dimerini barqarorlashtiradi. Suyuq va qattiq suvda s ning energiyasi. ~20 kJ/mol. V.lar taxminan bir xil energiya bilan tavsiflanadi. N-H. . .O va O-H. . .O ko‘plikda biologik muhim molekulalar - oqsillar, nuklein kislotalar, uglevodlar va boshqalar.

V. ning mavjudligi. tuzilishi va jismoniy o'ziga xosligi tufayli. suv va suvli eritmalarning xossalari. Kristalli. Oddiy sharoitlarda mavjud bo'lgan muzning tuzilishi ochiq to'r B.S. bo'lib, unda juda ko'p bo'shliqlar mavjud. Muz erib ketganda, bu bo'shliqlar qisman suv molekulalari bilan to'ldiriladi va shuning uchun suvning zichligi muzning zichligidan yuqori bo'ladi.

V. s. nafaqat molekulalararo (yuqorida ko'rib chiqilgan misollarda bo'lgani kabi), balki intramolekulyar ham bo'lishi mumkin. Intramolekulyar V. s. asosiylaridan biri hisoblanadi tirik hujayralardagi oqsillarning ishlashini belgilovchi oqsil molekulalarining globulyar tuzilishini barqarorlashtiruvchi omillar; ular tsellyuloza tolalaridan tayyorlangan yog'och va qog'ozning xususiyatlariga ham sezilarli ta'sir ko'rsatadi va nuklein K-T molekulalarining noyob tuzilishi uchun javobgardir.

XUSUSIYATLARI:

Vodorod aloqasining energiyasi an'anaviy kovalent bog'lanish energiyasidan sezilarli darajada kamroq (40 kJ / mol dan oshmaydi). Biroq, bu energiya molekulalarning assotsiatsiyasini, ya'ni ularning dimerlar yoki polimerlarga birikmasini keltirib chiqarish uchun etarli. Bu vodorod ftorid, suv va ammiak kabi moddalarning g'ayritabiiy darajada yuqori erish va qaynash haroratiga olib keladigan molekulalarning assotsiatsiyasi.

Bunday turdagi bog'lanish ion va kovalent bog'lanishlarga qaraganda kuchsizroq bo'lishiga qaramay, molekulalar ichidagi va molekulalararo o'zaro ta'sirlarda juda muhim rol o'ynaydi. Vodorod aloqalari asosan aniqlaydi jismoniy xususiyatlar suv va ko'plab organik suyuqliklar (spirtli ichimliklar, karboksilik kislotalar, amidlar). karboksilik kislotalar, efirlar).

Vodorod aloqasining kuchi (kompleks hosil bo'lish entalpiyasi) kompleksning qutbliligiga bog'liq va inert gazlar bilan vodorod galogenid molekulalarining komplekslari uchun ~ 6 kJ / mol dan ion-molekulyar komplekslar uchun 160 kJ / mol gacha. (AHB) ±; ha, kompleks uchun (H 2 O H OH 2) + ta'lim olgan H2O Va H3O+- gaz fazasida 132 kJ/mol.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, suv molekulalari o'rtasida vodorod aloqalarining mavjudligi suv klasterlari yoki komplekslari deb ataladigan narsalarning paydo bo'lishiga olib keladi. Bunday klasterning eng oddiy misoli suv dimeridir:

Suv dimeridagi vodorod bog'lanish energiyasi 0,2 eV (≈ 5 kkal / mol) ni tashkil qiladi, bu faqat xarakterli energiyadan kattaroq kattalik tartibidir. termal harakat haroratda 300 K. Shu bilan birga, energiya kovalent O-H aloqa 200 barobar ko'p issiqlik energiyasidir. Shunday qilib, vodorod aloqalari nisbatan zaif va beqaror: ular issiqlik tebranishlari natijasida osongina paydo bo'lishi va yo'qolishi mumkin deb taxmin qilinadi. Bu, xususan, suvni "oddiy" emas, balki "bog'langan suyuqlik" deb hisoblash kerakligiga olib keladi: suv vodorod aloqalari bilan bog'langan molekulalar tarmog'i sifatida ifodalanadi.

ATOMlararo o'zaro ta'sir- bir xil yoki har xil energiyada bo'lgan atomlarning o'zaro ta'siri. va to'lov holatlari. M.v. xarakterlanadi potentsial energiya(o'zaro ta'sir potentsiali) F, ga qarab nisbiy pozitsiya o'zaro ta'sir qiluvchi atomlar, ayniqsa masofaga bog'liq r ularning yadrolari orasida. Belgilanganda muvozanat masofasi r 0 va juda katta kinetik emas. M. natijasida erkin atomlarning energiyalari. ko'proq yoki kamroq barqaror kimyoviy paydo bo'lishi mumkin. atomlar orasidagi bog'lanish, strukturaning mustahkamligi atomlarning turiga bog'liq; uning o'lchovi molekulaning umri, shuningdek, kimyoviy energiya bo'lishi mumkin. kommunikatsiyalar.

Naib, oddiy holat M. v. - atomlarning elastik to'qnashuvi ideal gazlar, bu maqolada ko'rib chiqilmaydi (Qarang: Atom to'qnashuvi) Boshqa hollarda M. c. atomlar o'zlarini topishi mumkin bo'lgan turli xil sharoitlar tufayli noaniqdir. Ularning ichki energiya faqat tashqi ta'sirlar tufayli o'nlab eV ga o'zgarishi mumkin. tashqi ta'sirlarni ma'lum vaqt davomida idrok etishga va ushlab turishga qodir bo'lgan ta'sirlar. atomlarning elektron qobiqlari; bir nechta kattalik tartiblari bir qator gaz tarmog'i va boshqa, murakkabroq jarayonlarning kesmalarini egallaydi, ularning qobig'ining elektron zichligi simmetriyasi va bo'shliqlari va yo'nalishi har xil. Atomlarning barcha bu xususiyatlari bevosita M. asrini belgilaydi.

M.v. asosiyga ulangan el-statik bilan va el-magn. atomlar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlar. Miqdoriy kvant nazariyasi M.v. Bundan tashqari, Pauli printsipini hisobga olgan holda talab qilinadi. T. o., M. v. O'zaro ta'sir qiluvchi atomlar va ularning qismlari (elektronlar yoki kosmosda taqsimlangan) o'zaro joylashishi va harakati bilan belgilanadi. elektron qobiqlar va yadrolarning o'zi).

Kimyoviy (yoki valentlik) va fizik (novalentlik) M. v. Birinchisiga kovalent (yoki gomopolyar, almashinuv yoki donor-akseptor), ion (yoki geteropolyar) va metall molekulalar kiradi. Ikkinchisiga van der Waals M. v. kiradi, shu jumladan el-statik. ko'p qutblarning o'zaro ta'siri, qutblanish (induksiya va dispersiya), relyativistik magnitlar. va kechiktirilgan el-magn. M.v. Energiyaga ko'ra va boʻshliqlar, valentlik va valentlik oʻrtasidagi oraliq xarakteristikalar M. v., M. v. deb ataladi. vodorod aloqasi. Kimyo. bog'lanishlar jismoniydan kuchliroq kattalik tartibidan ko'proq (mos ravishda, birliklar o'nlab eV va o'ndan birlari eV birliklari). M.v. qo'zg'atilgan atomlar qisqa muddatli qo'zg'aluvchan molekulalarning (eksimer molekulalari) shakllanishiga olib kelishi mumkin. Bu kuchli (~ 5 eV), lekin kuchli emas, balki uzoq davom etmaydigan ulanishga misoldir. Ushbu turdagi M. v. ba'zan ular tabiatan rezonansga ega.

Odatda oʻziga xos M. v. ichiga kiradi turli darajalarda farq. turlari M. v. va har bir M. v.ning hissasini bogʻlaydi. o'rnatish har doim ham mumkin emas; bu ularga yaqin bo'lgan qaramlik tufayli bo'lishi mumkin V dan r, masalan, bir nechta uchun turlari M. v. uzoq masofalarda V ~r -6. Ba'zi jismoniy M.v. molekulalararo o'zaro ta'sirlar uchun ko'proq xosdir.

Kimyoviy M. in. Kovalent M. v. yo'naltirilgan, mahalliylashtirilgan va shiddatli xarakterga ega. Kimyoviy hosil bo'lish davrida kovalent bog'lanishda bir juft elektronning sotsializatsiyasi va kontsentratsiyasi mavjud molekulyar orbital , chetida bo'shliqlar mavjud. bog'lovchi atomlarga nisbatan fiksatsiya. Shakllangan umumiy orbitalda umumiy elektronlar dastlab ikkala atomga (H 2, N 2, O 2 va boshqalar hosil bo'lishi) tegishli bo'lishi mumkin yoki donor-akseptor bog'lanish sodir bo'lganda, atomlardan faqat bittasiga - donorga, erkin orbital esa ikkinchi atomga - akseptorga tegishli. Atomlarning butun guruhlari donor yoki akseptor sifatida xizmat qilishi mumkin. Kovalent bog'lanishga ega bo'lgan molekulalar odatda qutbli, ya'ni ular post, elektrga ega. dipol moment.

Parchalanishni qayta ishlash natijasida. tajribalar va to'g'ridan-to'g'ri kvant mexanikasi. hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, kovalent M. v.ning potentsiali. shaklida ifodalanishi mumkin

bu erda moslama parametrlari minimal potentsialning koordinatalari V 0 Va r 0 ma'lum o'zaro ta'sir qiluvchi atomlar tomonidan aniqlanadi. (1) dagi birinchi atama tortishish bilan bog'liq, ikkinchisi - itarilish bilan [V. Heitler (V. Heitler) va F. London (F. London), 1927].

Ion M.v. bir atomning (anionning) valentlik elektronlarini ikkinchisiga (kation) siljishi natijasida yuzaga keladi, ular orasida statik elektr paydo bo'ladi. diqqatga sazovor joy. Misollar ionli aloqalar- M.v. galogenidlarda ishqoriy metallar. Bu ulanishlar mahalliylashtirilmagan va to'yinmagan. Ion M. salohiyati. f-loy tomonidan aniqlanadi

Qayerda n = 6-9, t = 1; qolgan o'rnatish parametrlari o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarga bog'liq. Chunki sof ionli yoki kovalent M. c. ning ion komponentini baholash uchun mavjud emas ion-kovalent bog'lanish ionlanish potentsiali va elektron yaqinligining yarmi yig'indisi bilan belgilanadigan elementlar atomlarining elektromanfiylik parametrini kiriting. O'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning elektron manfiyligidagi farq taxminan M.v.dagi ion komponentining ulushiga teng.

Metall M.v. bog'larning lokalizatsiya qilinmasligi, to'yinmaganligi va yo'nalishi bo'lmaganligi bilan tavsiflanadi va sotsializatsiyalangan elektron gazning kristalning ion yadrosi bilan o'zaro ta'siri bilan belgilanadi. tuzilmalar. Naib, M. v tomonidan ifodalangan. metallar va qotishmalarning kristallarida bu turdagi. Metall potentsial M.v. ifoda bilan aniqlanadi

Qayerda a, b 1, b 2, b 3- oʻziga xos M. asrni tavsiflovchi mos koʻrsatkichlar.

Jismoniy (van der Waals) M. v. asil gazlar, ba'zi organiklar atomlarining o'zaro ta'sirini to'liq tasvirlaydi. ulanishlar va qo'shimcha ravishda boshqa turdagi o'zaro ta'sirlarga hissa qo'shadi. Elektr ko'p qutblarning o'zaro ta'siri deb ataladigan narsaga olib keladi. tomonidan tasvirlangan o'zaro ta'sirga yo'naltirish

Qayerda d 1, d 2- o'zaro ta'sir qiluvchi zarralarning dipol momentlari. M.v. faqat dipollarning o'zaro ta'siri bilan chegaralanmaydi.

Biroq, M. v. to'rt qutbli va ko'p qutblilarni o'z ichiga oladi yuqori tartib kichikdir va odatda e'tiborsiz qolishi mumkin (ular molekulalararo o'zaro ta'sirlarga xosdir). Ko'p qutblarning o'zaro ta'siriga misollar - M. v. hayajonlangan atomlar va molekulalar ishtirokida.

Polarizatsiya M.v. qutblanish jarayonida yuzaga keladi. o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning elektron qobiqlarining siljishi; shunday M. v. sof ionli bog'lanishning zaiflashgan shakli sifatida qaralishi mumkin. Polarizatsiya M.v. induksiya va dispersiyaga bo'linadi. Induksiya atomlarning o'zaro ta'siri energiyasi. holat har doim tortishish bilan mos keladi va hayajonlangan elektron holatlarda ham tortishish, ham itarish mumkin; u Debay-Falkenhagen funksiyasi bilan aniqlanadi

Dispersiv energiya sof kvant mexanikasi tufayli yuzaga keladi. klassikaga ega bo'lmagan elektron zichligi tebranishlari analogi [Wong, 1927]. F. London (1930) bergan umumiy nazariya dispersiya kuchlari, bu asil gaz atomlari orasidagi tortishish va itarilish bilan izohlanadi qisqa masofalar. Dispersiv M. asr uchun F-la. Shredinger tenglamasini tebranish nazariyasi usuli yordamida yechish natijasida olinadi:

Qayerda v 1, v 2- xarakterli o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning qo'zg'alish chastotalari. Sferik simmetrik polarizatsiya tizimlari uchun. energiya statik tarzda aniqlanadi. qutblanish qobiliyati atomlar, dispersiya esa dinamikasi. kvant o'tishlarining qutblanish qobiliyati yoki osilator kuchlari.

Relyativistik magnit va kechiktirilgan elektromagnit magnit maydonlari. atomlar orasidagi katta masofada hisobga olinishi kerak. Ushbu turdagi hissalar M. c. atomlar massasining ortishi va ularning qo'zg'alishi bilan (ya'ni, ularning kattaligi va ichki energiyasining ortishi bilan) ortadi. To'g'ridan-to'g'ri hisoblash shuni ko'rsatadiki, M. v. mag. turi ~ masofalarda sezilarli bo'ladi (10-100) r B ( r B - Bor radiusi) geliy atomlari uchun ham. Elektromagnitning namoyon bo'lish mexanizmi Kechikish o'zaro ta'sirning tarqalishi paytida dipollarning o'zaro yo'nalishidagi nomuvofiqlik bilan izohlanadi.

Spektral chiziqlarning o'ta nozik bo'linishiga olib keladigan spin shovqinlarini hisobga olish ham katta masofalarda (vodorod atomlari uchun) zarur bo'lib chiqadi. r > 10r B).

Vodorod bilan bog'lanish molekula ichidagi yoki molekulalararo bo'lishi mumkin. H-bog'larning energiya diapazoni butun energiya diapazonini qamrab oladi. diapazon M.v. va kuchli, o'rta va kuchsiz H-bog'lar mintaqalariga bo'linadi. Ular biolda muhim rol o'ynaydi. ulanishlar va MH. biokimyo. jarayonlar. H bog'ining o'ziga xosligi shundaki, uning kichik radiusi (boshqa ionlarning radiuslaridan kichikroq kattalik tartibi) tufayli H + ioni atomlar orasidagi kichik maydonlarga kira oladi. Masalan, suv molekulalari orasidagi aloqa protonlar orqali aniqlanadi, ular bir vaqtning o'zida ichidagi kovalentning "o'z" kislorodi bilan bog'liq. molekulyar bog'lanish va boshqa molekulalarning kislorodi bilan ionli molekulalararo bog'lanish (1-rasm).

Jadvalda 1-rasmda parchalanishda A va B, H va A atomlari orasidagi bog'lanish energiyalari va muvozanat masofalari ko'rsatilgan. turlari M. v.

Eksimer M. v. Inert gazlar atomlari (va ba'zi boshqa elementlar, masalan, Hg) qo'zg'atilgan holatda ishqoriy metallar atomlarining xususiyatlariga o'xshash xususiyatlarni namoyish etadi. Xususan, ular umri 4*10 -9 s dan (ArF uchun) 4*10 -6 s gacha (Ar 2 uchun) eksimer molekulalarini hosil qiladi.

halogen atomlarini o'z ichiga olgan birikmalar tegishli molekulalarning bog'lanish energiyasiga yaqin bo'ladi. Jadvalda 2-rasmda atomlar va dissotsilanish energiyalari orasidagi muvozanat masofalari r ko'rsatilgan D ma'lum eksimer molekulalari va ishqoriy metall galogenidlarining tegishli molekulalari.

Jadval 2.
Molekulalar		D, eV
Kr*F	2,27	5,54
RbF	2,27	5,80
Xe*F	2,49	5,30
CsF	2,35	5,66
Xe*Cl	2,94	4,53
CsCl	2,91	4,87
U*Br	2,96	4,30
CsBr	3,07	4,71
U * I	3,31	4,08
CsI	3,35	4,39

T a b l. 3.
Tizim	V 0, meV
H-U	0,46	3,6
H-Ne	2,82	3,18
H-Ar	4,80	3,56
H-Kr	6,08	3,70
H-Xe	6,81	3,95
Yo'q, yo'q	0,93	2,965
Ne-Ne	3,62	3,102
Ar-Ar	12,10	3,76
Kr-Kr	17,00	4,03
Xe-Xe	24,20	4,36

Eksimer Ar 2 F molekulasida atomlar bir vaqtning o'zida ion (ftor va qo'zg'atilgan argon) va kovalent (argon atomlari) chil turlari bilan bog'lanadi. kommunikatsiyalar.

Eksimer M. v.ga. shuningdek, rezonans M. v o'z ichiga olishi kerak. bir xil atomlar o'rtasida, ulardan biri qo'zg'atilgan va shuning uchun deformatsiyalangan elektron qobig'iga ega. Turli xil M. v. o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning elektron qobiqlari zichliklarining deformatsiyasining o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda. Katta raqam mavjud farq. potentsiallarning tasvirlari M. v. (faqat elastik M. v. uchun ularning bir necha o'nlablari bor) faqat qisman amaliyotni qondiradi, chunki taklif qilingan funktsiyalarning hech biri universal emas. Har xil V(R) atomlarning turlariga ko'ra yoki ular orasidagi masofalarga ko'ra qo'llanilishi zonasiga ega yoki ular ta'rifga bog'langan. asosiy tajriba turi. ma `lumot. Parametr qiymatlari V tanlangan matematika bilan eng yaxshi kelishuvni ta'minlaydigan moslash usuli bilan hisoblanadi. hodisaning modeli.

Eng universallaridan biri modifikatsiyalar bo'lib chiqdi. Dunham salohiyati:

Qayerda V 0 - potentsial quduqning chuqurligi; r 0 - muvozanat qiymati G, minimalga mos keladi V ; b 0, b p- o'rnatish parametrlari. Nisbatan ko'proq barqarorlik mavjud raqamli qiymatlar V 0 Va r 0 decomga ketayotganda. g'oyalar V. Analitik fikrlashda qiyinchilik yaqinlashishlar V Bu ko'pincha odamni raqamli jadval yoki grafik bilan cheklashga majbur qiladi. taqdimot V = V(r), Qayerda r i- atomlararo masofa va o'zaro ta'sir qiluvchi atomlarning nisbiy holatining boshqa koordinatalari. Shaklda. 2-rasmda M. v ning o'lchovsiz salohiyati ko'rsatilgan. bir xil asil gaz atomlari. Bunday koordinatalarda tegishli davlatlar qonuniga mukammal amal qilinadi. Jadvalda 3 qiymatlarni ko'rsatadi V 0 Va r 0, shuningdek, farq uchun. juft atomlar. Haqiqiy atom-molekulyar shakllanishlarda juft qoʻshilish prinsipi amal qiladi, bu bilan M. v.ning potentsiali. summasiga teng M. asridagi barcha ishtirokchilarning juftlik potentsiallari, qat'iy qoniqtirilmaydi, chunki zaryadlarni nuqtaga o'xshash deb hisoblash mumkin emas, ularning zichligi doimiy fazoviy-vaqt taqsimotiga ega, tashqi kuchlar tomonidan bezovtalanadi. va egasi dalalar. Ushbu tamoyilga taxminan faqat o'zgartirishlar uchun amal qilinadi. juftlik potentsiallari. Bunday holda, juftlashgan potentsiallar o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlarning izolyatsiya qilingan juftliklaridan emas, balki ularning potentsiallari o'rganilayotganlarga imkon qadar yaqin sharoitlarda olinadi. Baholash hisob-kitoblari uchun ko'pincha qo'shimcha potentsialni juftlik bilan yaqinlashtirish qo'llaniladi. Shunday qilib, tahlilga asoslangan. M. v potentsialining ifodalari. qabul qilindi [J. K. Maksvell (J. S. Maksvell), L. Boltsman (L. Boltsman)] koeffitsienti uchun aniq ifodalar. diffuziya, issiqlik o'tkazuvchanligi, yopishqoqlik (qarang. San'at. Gaz ) , va keyinroq - koeffitsient. virusli kengayishlar. Kvant mashinasozlik real (eng oddiy) tizimlarni hisoblash adiabatik yordamida amalga oshirildi. yadrolarning harakatini (elektronlarning harakatidan sekinroq) hisobga oladigan taxminiylik. Biroq, M. v uchun. atomlar bir-biriga nisbatan tez harakatlansa, bu yaqinlik qo'llanilmaydi. Adiabatik. o'zaro ta'sir vaqti bo'lganda taxminiylik amal qiladi a/v (a- tizim hajmi, v- tezlik atomlarning harakatini bildiradi) o'zaro ta'sir qiluvchi tizimning shartlari orasidagi o'tish vaqtidan (Massey parametri) ancha katta. Kichik masofalarda uzoq masofalarda v hisoblash uchun M.v. hayajonlangan, ionlangan va boshqa tizimlar ba'zan asimptotikdan foydalanadi. Shredinger tenglamasini yechishga yondashuv.

Guruch. 2. Asil gaz atomlarining simmetrik juftlarining o'lchovsiz o'zaro ta'sir potentsiali. Turli atomlar uchun tegishli holatlar qonunidan chetga chiqish grafik chizig'ining turli kengligiga mos keladi.

Uzoq vaqt davomida M. v.ning potentsialiga ishonishgan. faqat o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar orasidagi masofaga bog'liq, ya'ni zarrachalarning o'lchamlari va ularning o'zaro yo'nalishi e'tibordan chetda qoldi, atomlar sferik simmetrik hisoblangan. Hozirgi vaqtda molekulyar o'zaro ta'sirlarning anizotrop potentsiallari ko'rib chiqilmoqda, ular molekulalararo o'zaro ta'sirlar uchun ko'proq mos keladi, lekin molekulyar o'zaro ta'sirlar uchun ham muhim rol o'ynaydi. gularizov. atomlar. Shaklda. 3-rasmda M. v tabiatini boshqaradigan ikkinchi virusli koeffitsientning haroratga bog'liqligi ko'rsatilgan. qutblangan va qutblanmagan 3 He uchun.

Molekulyar anizotropiyaning ko'rinishlaridan biri molekulalar va kristallarning hosil bo'lishidir.

Guruch. 3. Ikkinchi virial koeffitsientning haroratga bog'liqligi IN(sm 3 /mol) qutblangan va qutblanmagan 3 He uchun.

Ular ko'proq kirganda murakkab tizimlar alohida strukturaviy birliklarning simmetriyasi, ular hosil qilgan molekulalar va kristallardagi joylashuvining simmetriyasiga qarab saqlanishi yoki o'zgartirilishi mumkin. Bu savollar Kyuri printsipi va yangi shakllanishning minimal energiyasi printsipiga muvofiq hal qilinadi. Potentsial V eng oddiy sistemalarda (vodorod va geliyning atomlari va ionlari) Shredinger tenglamasining yechimidan aniqlanishi mumkin. Aksariyat hollarda V deb atalmishni yechish orqali topiladi to'g'ridan-to'g'ri bog'liq bo'lgan eksperimental topilgan miqdorlar yordamida teskari masalalar V. Naib, potentsiallarning aniq qiymatlari tajribalar yordamida olinadi. dispersiya ma'lumotlari molekulyar va atom nurlari; F ning qiymati spektrokonikdan empirik olingan virusli koeffitsientlar yordamida ham topiladi. muayyan model hisob-kitoblaridan olingan ma'lumotlar.

ELEKTROMAGNETIK NURLAR

Elektromagnit nurlanish (elektromagnit to'lqinlar) - kosmosda tarqaladigan elektromagnit maydonning (ya'ni, bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladigan elektr va magnit maydonlarining) buzilishi (holatning o'zgarishi).

Umuman olganda, elektr zaryadlari va ularning harakati natijasida hosil bo'lgan elektromagnit maydonlar orasida o'zgaruvchan elektromagnit maydonlarning manbalaridan eng uzoqqa tarqaladigan qismini - masofa bilan eng sekin zaiflashadigan harakatlanuvchi zaryadlarni radiatsiya deb tasniflash odatiy holdir.

Elektromagnit nurlanish quyidagilarga bo'linadi

· radioto'lqinlar (o'ta uzun to'lqinlardan boshlab),

· infraqizil nurlanish,

ko'rinadigan yorug'lik

· ultrabinafsha nurlanish,

· X-nurlari va qattiq (gamma nurlanishi) (pastga qarang, shuningdek rasmga qarang).

Elektromagnit nurlanish deyarli barcha muhitlarda tarqalishi mumkin. Vakuumda (elektromagnit to'lqinlarni yutuvchi yoki chiqaradigan modda va jismlardan xoli bo'shliq) elektromagnit nurlanish ixtiyoriy masofaga zaiflashmasdan tarqaladi. uzoq masofalar, lekin ba'zi hollarda u materiya bilan to'ldirilgan kosmosda juda yaxshi tarqaladi (uning xatti-harakatlarini biroz o'zgartirganda).

LAZER radiatsiya

Lazer nurlanishi - bu majburlanganda paydo bo'ladigan elektromagnit nurlanish. kvant tizimlarining qo'zg'alishi. Lazerlar to'lqin uzunligi 0,2-1000 mikron bo'lgan ultrabinafsha, ko'rinadigan va infraqizil diapazonlarda elektromagnit nurlanish hosil qiladi. L.i. metall, plastmassa va boshqa qurilish materiallarini qayta ishlashda payvandlash, kesish, lehimlash, teshik ochish va boshqa jarayonlarda qo'llaniladi. Lazer tizimlarini ishlatishda inson tanasi termal, yorug'lik va mexanik ta'sirlarning xavfli ta'siriga duchor bo'ladi. va elektr omillar. Zarar darajasi lazer nurlanishining parametrlariga bog'liq: energiya, quvvat va nurlanishning energiya zichligi, pulslarning davomiyligi va chastotasi, to'lqin uzunligi va boshqalar Yuqori intensiv nurlanish terining shikastlanishiga olib keladi, ichki. to'qimalar va organlar. L.I.ning zararli ta'siri. ko'zlar uchun jiddiy xavf tug'diradi.

L.I.dan himoya qilish uchun. texnik, sanitariya va gigiyenik tizimlar majmuasidan foydalanish kerak. va tashkiliy chora-tadbirlar Xususan, ruxsat etilgan maksimal ta'sir qilish darajasidan oshmasligi kerak. Lazerli qurilmalarda himoya vositalari bo'lishi kerak. Xona va jihozlarning sirtlari mat va bo'yalgan bo'lishi kerak. lazer nurlarining aksini istisno qiladigan quyuq ranglarda. Lazer qurilmalari operatorlari shaxsiy himoya vositalaridan (ochiq yashil rangdagi paxta yoki kaliko matosidan tikilgan xalatlardan) foydalanishlari kerak. ko'k rang, qo'lqoplar, lazer nurlanishining to'lqin uzunligiga qarab ko'k-yashil yoki to'q sariq rangli lazerga qarshi ko'zoynaklar).

XULOSA

Ko'p ming yillar davomida oqayotgan suvda mavjud bo'lgan energiya insonga sodiqlik bilan xizmat qildi. Uning Yerdagi zahiralari juda katta. Ba'zi olimlar sayyoramizni Yer emas, balki Suv deb atash to'g'riroq bo'ladi, deb bejiz aytishmaydi - axir, sayyora yuzasining to'rtdan uch qismi suv bilan qoplangan. Jahon okeani ulkan energiya akkumulyatori bo'lib xizmat qiladi va uning katta qismini Quyoshdan oladi. Bu erda to'lqinlar chayqaladi, suv toshqini pasayadi va kuchli okean oqimlari paydo bo'ladi. Qudratli daryolar tug'iladi, ular dengiz va okeanlarga ulkan suv massalarini olib boradi. Insoniyat energiya izlashda bunday ulkan zaxiralardan o'tib keta olmagani aniq.

Vodorod energiyasi

Sayyoramizdagi vodorod energiyasi zarar sohasidagi ko'plab muammolarni hal qilishi mumkin muhit va uglevodorodlarni almashtirish, chunki sayyoramizda 3/4 suv mavjud. Olish uchun mexanik energiya foydalanishimiz mumkin edi Vodorod dvigatellari ( bir xil ichki yonish dvigateli, lekin benzin yoki dizel o'rniga faqat suvdan foydalaning). Vodorod energiyasining yana bir yo'nalishi Yoqilg'i xujayrasi, bir oz galvanik hujayrani eslatadi, faqat modda (suv) tashqaridan ta'minlanadi. Bugungi kunda vodorod ishlab chiqarish uni ishlatishdan olinadiganidan ko'ra ko'proq energiya talab qiladi, shuning uchun uni energiya manbai deb hisoblash mumkin emas. Bu faqat energiyani saqlash va etkazib berish vositasidir.

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Vodorod eng oddiy hisoblanadi kimyoviy element Koinotda. Uning atomi yadrodagi faqat bitta proton va bitta elektrondan iborat. Fizikaviy va kimyoviy soddaligiga qaramay, vodorod koinotning asosiy elementi bo'lib, u tufayli yulduzlar yonadi va porlaydi, sayyoramiz suv bilan qoplangan va eng murakkab organik birikmalar koinotdagi eng hayratlanarli hodisani keltirib chiqardi -.

Bilan aloqada

Moddaning xususiyatlari

Tabiatda vodorodni davriy jadvalning boshqa elementlarida hamma joyda topishingiz mumkin. Bunday birikmaning eng yorqin misoli kabi moddalardir.

Vodorodning uchta izotopi bor:

protium H (davriy jadvalning birinchi elementi, barchamizga tanish vodorod);
deyteriy (nafaqat protonni, balki yadroda neytronni ham o'z ichiga olgan og'ir vodorod deb ataladigan);
tritiy vodorodning radioaktiv izotopi bo'lib, yadrosi proton va ikkita neytrondan iborat.

Vodorod bog'lanishi xarakterli va ko'pchilikda mavjud organik birikmalar. Vodorod xlor bilan birlashganda perklorik kislota, kislorod bilan suv, azot bilan ammiak hosil qiladi. 19-asr oxirida kashf etilgan bu hodisalarni rus kimyogarlari M.Ilyinskiy va N.Beketovlar kashf qilishgan.

Olimlar vodorodni o'z ichiga olgan atomlar guruhi ko'pincha ma'lum bir molekulaning bir qismi bo'lishi mumkin bo'lgan manfiy zaryadlangan atom bilan barqaror birikmalar hosil qilishini aniqladilar (hatto bir xil bo'lishi mumkin). Ushbu qo'shimcha "bog'lanish" vodorod aloqasi deb ataladi.

Hodisaning tabiati

Vodorod bogʻiga (h.s.) taʼrif beraylik. Bu vodorod atomi tomonidan amalga oshirilgan molekulalarning manfiy zaryadlangan zarralari orasidagi o'zaro ta'sir.

Agar chiziq kovalent turdagi bog'ni, uchta nuqta esa vodorod bog'ini bildirsa, u holda biz ramziy ravishda v.larni ko'rsatishimiz mumkin. A va B molekulalari orasida shu tarzda: .

Ushbu atomlararo hodisaning tabiatini tushunish juda oddiy. H atomi musbat zaryadlarni d+ tashiydi; agar u yo'lda d- zaryadli manfiy zaryadga duch kelsa, u bilan elektrostatik aloqa qiladi.

Muhim! Koʻpincha, v.s. kovalentlarga nisbatan sezilarli darajada zaifdir. Biroq, ular qattiq va suyuqliklarda joylashgan zarrachalarning standart molekulyar tortishishidan ancha kuchliroqdir.

Kovalentlik

V.S. bir juft butunlay boshqa molekulalarning ikkita zarrasi ichida paydo bo'lishi mumkin, vodorod kimyoviy molekulyar bog'lanish emas. Yoʻnalish va toʻyinganlik xossasi v.larning sifatlaridan biri boʻlib, uni kovalentga juda oʻxshash qiladi. E'tibor bering, ko'pgina nazariyalarda v.s. tur hisoblanadi va bu natijalarga umuman ta'sir qilmaydi, shuning uchun bu fikrni to'g'ri deb hisoblash mumkin. Bundan tashqari, V.S.ning tabiati. kovalentga juda yaqin.

Buni an'anaviy usul yordamida osongina ko'rsatish mumkin kimyoviy usullar, molekulalar ichidagi orbitallarni hisoblab chiqadi. Ushbu hisobda u uch markazli ikki elektronli aloqalarni ifodalaydi. Bu yana bir bor, miloddan avvalgi kovalent nav deb tasniflash hech qanday ilmga zid emasligini isbotlaydi.

Ta'lim jarayoni

Ta'lim usuli qanday. Elektromanfiy atomlar o'rtasida vodorod bog'lari hosil bo'ladi, ulardan biri erkin elektron juftiga ega.

V.larning eng ishonchli belgisi. H atomi va ikkinchi atom orasidagi masofa. Gap shundaki, atomlar orasidagi masofa ikki atom radiusining yig'indisidan kamroq. Tez-tez uchraydigan assimetriyaga qaramasdan (da bo'lganda, masofa masofadan oshib ketadi), atomlarning radiuslarining yig'indisi hali ham ular orasidagi masofadan kattaroqdir.

Ha, v.s.dagi assimetriya. keng tarqalgan, ammo simmetrik dizaynlar ham mavjud, masalan, HF. Tizimdagi birinchi va ikkinchi atomlar orasidagi burchak 180 darajaga yaqin. Vodorod ftorid HFni eslab, shuni ta'kidlash kerakki, ftor bilan birikma eng kuchlilardan biridir. HF nosimmetrik tipdagi iondir . Undagi vodorod birikmalarining energiyasi bir molda taxminan 150 kilojoulni tashkil qiladi. Ftor vodorodning kovalent aloqasi taxminan bir xil. Suvda H 2 O w.s. ancha kamroq - har bir mol uchun taxminan 20 kilojoul.

Vodorod orqali zarrachalarning ulanishi mavjud katta miqdorda turli xil ulanishlar. Kimyoviy bog'lanishlar ko'pincha ftor, azot va ikkinchisi eng elektronegativ elementlar bo'lgani uchun o'rtasida paydo bo'ladi. Xlor, oltingugurt va boshqa metall bo'lmagan elementlar orasida kamdan-kam uchraydi.

Muhim! Azot va kislorod hayotning asosidir, bu elementlar uglevodlar, oqsillar va nuklein kislotalarda ayniqsa yuqori konsentratsiyalarda uchraydi. Agar H atomi orqali bu moddalar o'rtasida kuchli aloqa bo'lmaganida, Yerda hayot imkonsiz bo'lar edi.

Molekulyar vodorod bog'lanishi - bu H atomi orqali bir molekulani ikkinchi molekula bilan bog'laydigan kuchli strukturaning hosil bo'lishining bir turi. Yorqin misol - chumoli kislotasi. Bu ikki yoki undan ortiq oddiy molekulalardan (dimer) tashkil topgan molekuladir.

Intramolekulyar vodorod - bu H atomi bir molekula ichida bog'lovchi bo'g'in bo'lgan tur.

Xuddi shu narsa tarkibida mavjud bo'lgan vodorod ftoridiga ham tegishli gazsimon holat. U vodorod orqali bir-biriga bog'langan to'rtta oddiy HF molekulalaridan iborat bo'lishi mumkin bo'lgan polimer tuzilmalarini o'z ichiga oladi.

Vodorodning molekulalararo qurilishiga misollar izlashning hojati yo'q: glyukoza, fruktoza va saxarozaning suvli eritmada eruvchanligi vodorod va uning bog'lovchi xususiyatlari yordamida aniq tushuntiriladi. Tirik organizmlarning molekulyar tuzilmalari (masalan, molekula) vodorod bilan bog'langan millionlab murakkab tuzilmalarni o'z ichiga oladi.

Ulanish funksiyasi

Qanchalik muhim ijtimoiy rol ulanish ma'lumotlari. Keling, vodorod bog'lanishi tufayli mavjud bo'lgan bir nechta moddalarni ko'rib chiqaylik. Biz bu molekulalarni suv bilan taqqoslaymiz. Fikrlarimizni adolatli saqlash uchun biz taqqoslash uchun faqat metall bo'lmaganlarni tanlaymiz. Bu moddalar kalkogen vodorodlar deyiladi.

Masalan, tellur. Vodorod birikmasi H 2 Te -2 daraja haroratda qaynaydi. Selenga kelsak, H 2 Se -42 daraja haroratda, oltingugurtli xalkogen vodorod H 2 S esa -60 daraja qaynatiladi. Ajablanarlisi shundaki, suv +100 daraja qaynaydi.

Diqqat! Agar suv bo'lmaganida va kislorod bunday "qattiq" fazilatlarga ega bo'lmaganida, mavjud iqlim sharoitida Yerda suyuq suv bo'lmaydi. Bu yuqori qaynash nuqtasi vodorod bog'lanishining bevosita natijasidir.

Kislorod atomlarining vodorod bilan "bog'lanishi" quyidagi rasmda ko'rsatilgan.

Lekin hammasi shu ajoyib xususiyatlar suv tugamaydi. Uning erishi haqida ham eslash kerak. Va yana vodorod aloqasi - aynan shu tufayli erish paytida zichlik oshib keta boshlaydi. Muz eriganda, har o'ndan vodorod aloqasi parchalanib, suv molekulalarining bir-biriga yaqinlashishiga olib keladi.

Vodorod bog'larining turlari va xossalari.

Vodorod aloqasi. Yagona davlat imtihoniga va kimyo bo'yicha KTga o'z-o'zini tayyorlash

Xulosa

Vodorod aloqalarining shakllanishi moddalarning kislotaligiga ta'sir qiladi. Masalan, gidroflorik kislota HF juda zaif. Biroq, boshqa gidrogal kislotalar juda kuchli. Buning sababi shundaki, H bir vaqtning o'zida ikkita F atomiga bog'langan va bu ularni ajratish imkoniyatini bermaydi. Shuning uchun HF NaHF 2 kislota tuzini hosil qiluvchi yagona kislotadir.

2. Vodorod aloqasini aniqlash

Bir molekulaning vodorod atomlari bilan boshqa molekulaning kuchli elektron manfiy elementi (O, N, F) atomlari oʻrtasida hosil boʻladigan bogʻ vodorod bogʻi deyiladi.

Savol tug'ilishi mumkin: nima uchun vodorod bunday o'ziga xos kimyoviy bog'lanish hosil qiladi?

Bu vodorodning atom radiusi juda kichik ekanligi bilan izohlanadi. Bundan tashqari, o'zining yagona elektronini almashtirish yoki butunlay berishda vodorod nisbatan yuqori musbat zaryadga ega bo'ladi, buning natijasida bitta molekulaning vodorodi boshqa molekulalar tarkibiga kiradigan qisman manfiy zaryadga ega bo'lgan elektron manfiy elementlarning atomlari bilan o'zaro ta'sir qiladi (HF). , H 2 O, NH 3).

Keling, ba'zi misollarni ko'rib chiqaylik. Odatda biz suvning tarkibini tasvirlaymiz kimyoviy formula H 2 O. Biroq, bu butunlay to'g'ri emas. Suv tarkibini (H 2 O)n formulasi bilan belgilash to'g'riroq bo'ladi, bu erda n = 2,3,4 va hokazo.Bu alohida suv molekulalari bir-biri bilan vodorod bog'lari orqali bog'langanligi bilan izohlanadi. .

Vodorod aloqalari odatda nuqtalar bilan belgilanadi. U ion yoki kovalent bog'lanishlardan ancha zaif, lekin oddiy molekulalararo o'zaro ta'sirlardan kuchliroqdir.

Vodorod aloqalarining mavjudligi haroratning pasayishi bilan suv hajmining oshishini tushuntiradi. Buning sababi shundaki, harorat pasayganda, molekulalar kuchayadi va shuning uchun ularning "qadoqlash" zichligi pasayadi.

O'qish paytida organik kimyo Shuningdek, quyidagi savol tug'ildi: nima uchun spirtlarning qaynash nuqtalari tegishli uglevodorodlarga qaraganda ancha yuqori? Bu alkogol molekulalari o'rtasida vodorod aloqalarining ham paydo bo'lishi bilan izohlanadi.

Spirtlarning qaynash haroratining oshishi ularning molekulalarining kattalashishi tufayli ham sodir bo'ladi. Vodorod bilan bog'lanish boshqa ko'plab organik birikmalar (fenollar, karboksilik kislotalar va boshqalar) uchun ham xarakterlidir. Organik kimyo kurslaridan va umumiy biologiya Ma'lumki, vodorod bog'ining mavjudligi oqsillarning ikkilamchi tuzilishini, DNKning qo'sh spiral tuzilishini, ya'ni komplementarlik hodisasini tushuntiradi.

3. Vodorod bog'lanish turlari

Vodorod aloqalarining ikki turi mavjud: molekula ichidagi va molekulalararo vodorod bog'lari. Agar vodorod aloqasi bitta molekulaning qismlarini birlashtirsa, biz molekulyar vodorod aloqasi haqida gapiramiz. Bu, ayniqsa, ko'plab organik birikmalar uchun to'g'ri keladi. Agar bir molekulaning vodorod atomi va boshqa molekulaning metall bo'lmagan atomi (molekulalararo vodorod aloqasi) o'rtasida vodorod aloqasi hosil bo'lsa, u holda molekulalar juda kuchli juftliklar, zanjirlar, halqalar hosil qiladi. Shunday qilib, formik kislota ham suyuq, ham gazsimon holatda dimerlar shaklida mavjud:

va vodorod ftorid gazida to'rttagacha HF zarralarini o'z ichiga olgan polimer molekulalari mavjud. Molekulalar orasidagi kuchli bog'lanishlar suvda, suyuq ammiakda va spirtda bo'lishi mumkin. Barcha uglevodlar, oqsillar va nuklein kislotalar vodorod aloqalarini shakllantirish uchun zarur bo'lgan kislorod va azot atomlarini o'z ichiga oladi. Ma'lumki, masalan, glyukoza, fruktoza va saxaroza suvda yaxshi eriydi. Bunda suv molekulalari va uglevodlarning ko'p sonli OH guruhlari o'rtasida eritmada hosil bo'lgan vodorod aloqalari muhim rol o'ynaydi.

4. Vodorod bog'lanish energiyasi

Vodorod aloqalarini tavsiflashning bir necha yondashuvlari mavjud. Asosiy mezon vodorod bog'lanish energiyasidir (R–X–H…B–Y), bu ham X va B atomlarining tabiatiga, ham umumiy tuzilishi RXH va BY molekulalari. Ko'pincha u 10-30 kJ / mol, lekin ba'zi hollarda u 60-80 kJ / mol va undan ham yuqori bo'lishi mumkin. Ularning energiya xususiyatlariga ko'ra kuchli va kuchsiz vodorod aloqalari farqlanadi. Kuchli vodorod aloqalarining hosil bo'lish energiyasi 15-20 kJ / mol yoki undan ko'p. Bularga suvdagi O–H…O bogʻlari, spirtlar, karboksilik kislotalar, O–H…N, N–H…O va N–H…N birikmalari, masalan, oqsillardagi gidroksil, amid va amin guruhlari boʻlgan birikmalar kiradi. Zaif vodorod aloqalari hosil bo'lish energiyasi 15 kJ/mol dan kam. Vodorod bogʻlanish energiyasining quyi chegarasi 4–6 kJ/mol, masalan, ketonlar, efirlar, C–H…O bogʻlari, suvli eritmalar organik birikmalar.

Eng kuchli vodorod bog'lari kichik vodorod (qattiq kislota) bir vaqtning o'zida ikkita kichik, yuqori elektronegativ atomlar (qattiq asoslar) bilan bog'langanda hosil bo'ladi. Orbital muvofiqlik kislota-asos o'zaro ta'sirini yaxshilashga imkon beradi va kuchli vodorod aloqalariga olib keladi. Ya'ni, kuchli va kuchsiz vodorod aloqalarining hosil bo'lishini qattiq va yumshoq kislotalar va asoslar (Pirson printsipi, LMCO printsipi) tushunchasi nuqtai nazaridan tushuntirish mumkin.

H-bog'ning energiyasi X-H bog'ining vodorod atomidagi musbat zaryadning ortishi va B atomining proton qabul qilish qobiliyati (uning asosligi) ortishi bilan ortadi. Vodorod bog'ining hosil bo'lishi kislota-asos o'zaro ta'siri nuqtai nazaridan ko'rib chiqilsa-da, H-komplekslarining hosil bo'lish energiyasi ham kislotalik shkalasi, ham asoslik shkalasi bilan qat'iy bog'liq emas.

Xuddi shunday manzara merkaptanlar va spirtli ichimliklar misolida ham kuzatiladi. Merkaptanlar spirtli ichimliklarga qaraganda kuchli kislotalardir, ammo spirtlar kuchliroq assotsiatsiyalar hosil qiladi. Agar kislotalilik kislota-asos o'zaro ta'sirining to'liq sxemasi (solvatlangan ionlar hosil bo'lishidan oldin) va molekulyar birikmaning shakllanishi natijalariga ko'ra pKa qiymati bilan aniqlanishini hisobga olsak, bunday ko'rinadigan anomaliyalarning sababi juda tushunarli. H-bog'iga ega bo'lgan kompleks bu jarayonning faqat birinchi bosqichi bo'lib, u X-bog'ining N ajralishini o'z ichiga olmaydi. Inert erituvchilarda kislota-asos o'zaro ta'siri odatda H-kompleks bosqichida to'xtaydi.

Organik birikmalarning asosliligi va ularning H-bog'larini hosil qilishda ishtirok etish qobiliyatiga kelsak, bu erda ham katta farqlar kuzatiladi. Shunday qilib, vodorod bog'larini hosil qilish qobiliyatiga ega bo'lgan holda, aminlarning asoslilik darajasi piridinlarnikidan 5 darajaga va almashtirilgan karbonil birikmalariga qaraganda 13 darajaga yuqori.

Eksperimental ma'lumotlarga asoslanib, zaryad o'tkazish darajasi va molekulalararo H-bog'larning energiyasi o'rtasida chiziqli korrelyatsiya o'rnatildi, bu ikkinchisining donor-akseptor tabiati foydasiga muhim dalildir. Sterik omillar vodorod aloqalarining shakllanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Masalan, orto-almashtirilgan fenollar mos keladigan meta- va para-izomerlarga qaraganda o'z-o'zini assotsiatsiyaga kamroq moyil bo'ladi; 2,6-di-tert-butilfenolda assotsiatsiya umuman yo'q. Haroratning oshishi bilan aralashmadagi molekulyar komplekslar soni kamayadi va ular gaz fazasida juda kam uchraydi.

Kurs boshida vodorod bog'i haqiqiy (valentlik) kimyoviy bog'lanish va zaif molekulalararo o'zaro ta'sir o'rtasida oraliq pozitsiyani egallashi ta'kidlandi. Qayerda yaqinroq? Javob noaniq, chunki H-bog'lari energiyalarining tebranish diapazoni juda keng. Agar haqida gapiramiz moddalarning xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan kuchli vodorod aloqalari haqida, keyin ular haqiqiy kimyoviy aloqalarga yaqinroq bo'ladi. Va bu nafaqat H-bog'ining juda yuqori energiyasi, balki uning kosmosda lokalizatsiya qilinganligi bilan ham belgilanadi; vodorod ko'prigi o'zining "shaxsiy" sheriklariga ega. Vodorod aloqasining ta'sir yo'nalishi ham aniq, ammo haqiqiy kimyoviy bog'lanishlar kabi qattiq emas.

Molekulalararo vodorod aloqasi. Agar H-bog'larning hosil bo'lishi spektral tarzda aniqlansa, lekin assotsiatsiya belgilari bo'lmasa, bu vodorod bog'ining molekulyar tabiatining haqiqiy ko'rsatkichidir. Bundan tashqari, molekulalararo H-bog'i (va uning spektral ko'rinishi) neytral erituvchida moddaning past konsentratsiyasida yo'qoladi, molekula ichidagi H-bog' esa bu sharoitda saqlanib qoladi. Vodorod...

Bir molekula va boshqasining vodorod atomlari, N-X turi(X - F, O, N, Cl, Br, I) elektrostatik tortishish kuchlari tufayli.

Vodorod va ushbu atomlardan biri o'rtasidagi bog'lanish juda qutbli, chunki bog'lovchi elektron buluti ko'proq elektronegativ atomga yo'naltirilgan. Vodorod bu holda dipolning musbat uchida joylashgan. Ikki yoki undan ortiq bunday dipollar bir-biri bilan shunday ta'sir qiladiki, bitta molekula vodorod atomining yadrosi (dipolning musbat uchi) ikkinchi molekulaning yolg'iz elektron jufti tomonidan tortiladi. Bu munosabat gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarda namoyon bo'ladi.

Bu nisbatan bardoshli. Vodorod aloqasining mavjudligi moddaning molekulalarining barqarorligini oshirishga, shuningdek ularning qaynash va erish nuqtalarini oshirishga olib keladi. Vodorod aloqalarining shakllanishi kimyoviy va biologik tizimlarda muhim rol o'ynaydi.

Vodorod aloqalari molekulalar ichidagi va molekulalararo bo'lishi mumkin (14-rasm), qutbsiz erituvchilardagi karboksilik kislotalarning molekulalari ikkita molekulalararo vodorod bog'lari tufayli dimerlanadi.

A	b

Guruch. 14. Vodorod bog'ining hosil bo'lishi: A- intramolekulyar; b- molekulalararo.

Har xil agregat holatidagi moddalarning mavjudligi zarralar (atomlar, ionlar, molekulalar) o'rtasida van-der-Vaals tortishish kuchlari hisobiga o'zaro ta'sir borligini ko'rsatadi. Eng muhimi va o'ziga xos xususiyat Bu kuchlar ularning universalligidir, chunki ular barcha atomlar va molekulalar o'rtasida istisnosiz ta'sir qiladi.

Vodorod aloqalari jismoniy (qaynoq nuqtasi va boshqalar, uchuvchanlik, yopishqoqlik, spektral xususiyatlar) va birikmalarning kimyoviy (kislota-asos) xossalari.

Molekulyar vodorod aloqalari molekulalarning assotsiatsiyasiga olib keladi, bu esa moddaning qaynash va erish haroratining oshishiga olib keladi. Masalan, assotsiatsiyaga qodir bo'lgan etil spirti C 2 H 5 OH +78,3 ° C da qaynaydi va vodorod bog'larini hosil qilmaydigan dimetil efir CH 3 OCH 3 faqat 24 ° C da qaynaydi ( molekulyar formula ikkala modda C 2 H 6 O).

Erituvchi molekulalar bilan H-bog'larning hosil bo'lishi eruvchanlikni yaxshilaydi. Shunday qilib, metil va etil spirtlari(CH 3 OH, C 2 H 5 OH), suv molekulalari bilan H-bog'larni hosil qilib, unda cheksiz eriydi.

Molekulyar vodorod aloqasi qulay sharoitlarda shakllangan fazoviy joylashuv tegishli atomlar guruhlarining molekulasida va xossalariga maxsus ta'sir qiladi. Masalan, salitsil kislotasi molekulalaridagi H-bog'i uning kislotaliligini oshiradi.

Vodorod aloqalari va ularning moddalar xossalariga ta'siri

Hozirgi vaqtda vodorod degan fikr ham mavjud kimyoviy bog'lanish zaif yoki kuchli bo'lishi mumkin.

Ular bir-biridan energiya va bog'lanish uzunligi (atomlar orasidagi masofa) bo'yicha farqlanadi:

1. Vodorod aloqalari zaifdir. Energiya - 10-30 kJ / mol, bog'lanish uzunligi - 30. Yuqorida sanab o'tilgan barcha moddalar normal yoki kuchsiz vodorod aloqalariga misoldir.

2. Vodorod aloqalari kuchli. Energiya - 400 kJ/mol, uzunligi - 23-24.

Vodorod aloqalari ko'plab kimyoviy birikmalarda uchraydi. Ular, qoida tariqasida, ftor, azot va kislorod atomlari (eng elektronegativ elementlar) o'rtasida, kamroq - xlor, oltingugurt va boshqa metall bo'lmaganlar atomlari ishtirokida paydo bo'ladi. Suv, ftor vodorod, kislorodli noorganik kislotalar, karboksilik kislotalar, fenollar, spirtlar, ammiak va aminlar kabi suyuq moddalarda kuchli vodorod bog'lari hosil bo'ladi. Kristallanish jarayonida bu moddalardagi vodorod aloqalari odatda saqlanib qoladi. Shuning uchun ularning kristall tuzilmalari zanjirlar (metanol), tekis ikki o'lchovli qatlamlar (bor kislotasi) yoki fazoviy uch o'lchovli tarmoqlar (muz) shaklida bo'ladi.

Agar vodorod aloqasi bitta molekulaning qismlarini birlashtirsa, biz molekulyar vodorod aloqasi haqida gapiramiz. Bu, ayniqsa, ko'pgina organik birikmalar uchun to'g'ri keladi (42-rasm). Agar bir molekulaning vodorod atomi va boshqa molekulaning metall bo'lmagan atomi (molekulalararo vodorod aloqasi) o'rtasida vodorod aloqasi hosil bo'lsa, u holda molekulalar juda kuchli juftliklar, zanjirlar, halqalar hosil qiladi. Shunday qilib, formik kislota ham suyuq, ham gazsimon holatda dimerlar shaklida mavjud:

15) Metall ulanish.

- Metalllar umumiy bo'lgan va boshqa moddalarning xususiyatlaridan farq qiladigan xususiyatlarni birlashtiradi. Bunday xususiyatlar nisbatan yuqori erish harorati, yorug'likni aks ettirish qobiliyati va yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligidir. Bu xususiyatlar metallarda mavjudligi bilan bog'liq maxsus turi ulanish - metall aloqa. Metall ulanish- metall kristallaridagi musbat ionlar orasidagi aloqa, kristall bo'ylab erkin harakatlanadigan elektronlarni jalb qilish tufayli amalga oshiriladi. Davriy sistemadagi o'rniga ko'ra, metall atomlari oz sonli valent elektronlarga ega. Bu elektronlar o'z yadrolari bilan juda zaif bog'langan va ulardan osongina ajralib chiqishi mumkin. Natijada metallning kristall panjarasida musbat zaryadlangan ionlar va erkin elektronlar paydo bo'ladi. Shuning uchun metallarning kristall panjarasida elektronlarning katta harakat erkinligi mavjud: ba'zi atomlar elektronlarini yo'qotadi va hosil bo'lgan ionlar bu elektronlarni "elektron gaz" dan qabul qilishi mumkin. Natijada, metall ma'lum pozitsiyalarda lokalizatsiya qilingan bir qator ijobiy ionlardir kristall panjara, va musbat markazlar sohasida nisbatan erkin harakatlanadigan ko'p sonli elektronlar. Bu kosmosda qat'iy yo'nalishga ega bo'lgan metall aloqalar va kovalent aloqalar o'rtasidagi muhim farqdir. Metall bog'lanish kovalent bog'lanishdan mustahkamligi bilan ham farq qiladi: uning energiyasi kovalent bog'ning energiyasidan 3-4 marta kam. Bog'lanish energiyasi - bu moddaning bir molini tashkil etuvchi barcha molekulalardagi kimyoviy bog'lanishni uzish uchun zarur bo'lgan energiya. Kovalent va ionli bog'lanishlarning energiyalari odatda yuqori va 100-800 kJ/mol darajasidagi qiymatlarni tashkil qiladi.