Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
я донорно акцепторной связи колеблется в широких пределах: в среднем от 10 кДж/моль до 200 кДж/моль. Например, энергия диссоциации J2CH3OH равна 8 кДж/моль, а энергия диссоциации AlCl3NH3 равна 233 кДж/моль.
Для ряда прочных комплексных соединений энергия донорно акцепторной связи по величине близка к энергии ковалентной связи.
Так как донорно акцепторная связь по механизму взаимодействия и по прочности близка к ковалентной связи, ее иногда причисляют к частному случая ковалентной связи.
4.6. Водородная связь.
Как и донорно акцепторная связь, водородная связь относится к дополнительным типам связи и приводит к образованию молекулярных группировок из одинаковых или разных молекул (межмолекулярных) или связывает между собой отдельные части, функциональные группы (атомы) одной молекулы (внутремолекулярная).
Образование водородной связи обусловлено спецификой водорода как элемента, состоящего из протона и одного единственного электрона. В тех случаях, когда водород соединен с более электроотрицательным элементом, его единственный электрон смещается к более электроотрицательному элементу. Водород, лишенный электрона, превращается в особого рода положительно заряженную частицу с уникальными свойствами. Эта частица, не имеющая электронов, в отличие от остальных катионов не отталкивается электронными оболочками других частиц, а испытывает только притяжение, кроме того, атом водорода, лишенный электрона (протон), имеет ничтожно малые размеры, он может глубоко внедряться в электронную оболочку отрицательного плояризованного атома. Все это приводит к тому, что атом водорода способен образовывать дополнительную связь, которая получила название водородная. Чем больше электрон водорода оттянут в сторону атома, связанного с ним ковалентно, тем сильнее протон притягивается к электронной оболочке другого атома.
Например, водородная связь возникает между молекулами фтористого водорода. Во вториде водорода общая электронная пара сильно смешена к атому фтора H : F, водород, почти полностью лишившись электронной плотности, притягивается к атому фтора другой молекулы фтористого водорода образуя с ним водородную связь. Эту связь обозначают тремя точками H F … H F … H F.
ковалентная связь водородная связь
Водородная связь по прочности выше вандер*** сил, но значительно слабее в 1015 раз ковалентной связи.
Водородная связь проявляется тем сильнее, чем больше электроотрицательность атомапартнера и чем меньше его размеры. Поэтому она наиболее характерна прежде всего для соединений фтора и кислорода, в меньшей степени для соединений азота, хлора, серы.
Энергия водородной связи зависит как от вида и состояния атомапартнера, так и от того, с какими атомами последний соседствует. Так, энергия водородной связи H … N равна 8 кДж/моль; связь H … О около 21 кДж/моль, а связь H … F приблизительно 36 кДж/моль.
Водородная связь возникает как между молекулами межмолекулярная (H F … H F; H F … H2О) так и внутри отдельных молекул внутремолекулярная.
Н
С
О
ОН
Межмолекулярная водородная связь может образовываться как между молекулами одного и того же вещества (H F … H F; H2О … H2О; NH3 … NH3), так и между молекулами различных веществ (H3N … H2О; HF … H2О).
Водородная связь между молекулами аммиака и воды приводит к образованию гидрата аммиака H3N . H2О. В случае молекул аммиака и хлористого водорода межмолекулярное взаимодействие сопровождается ионизацией HCl и переходом водородной связи в донорно акцепторную.
Ассоциация молекул, обусловленная образованием водородной связи, происходит в газообразном состоянии веществ, жидкостях и твердой фазе. Так, в парах фтористого водорода существуют молекулы (HF)n, где n=4,5 и даже 6. Этот полимер имеет следующую структуру.
F F
H H H H H
F F F
Образованием водородной связи можно объяснить существование очень устойчивого аниона НF2, состоящего из двух ионов F, соединенных протоном (F … H F). Аналогичный ион НCl2 мало cтабилен, так как электроотрицательность хлора ЕСl=3 значительно ниже электроотрицательности фтора ЕF =4.
Благодаря водородной связи, например, муравьиная кислота в газообразной фазе существует в виде димера.O … HO
HC CH
OH … O
В жидкой фазе ряд органических кислот (муравьиная, уксусная, хлоруксусная) образуют ассоциаты двух типов: цепи и циклические.
В твердом состоянии все эти кислоты образуют цепные молекулы.
… O
CCH2Cl
O … HO
ClH2CC
OH … O
CCH2Cl
O … HO
ClH2CCOH …
Cпособность молекул к ассоциации отличает воду, аммиак, спирт и другие жидкости от неассоциированных жидкостей, например, углеводородов. Ассоциация приводит к повышению температуры плавления, температуры кипения, теплоты парообразования, изменению растворяющей способности и т.д. Если бы вода не образовывала ассоциатов, то имела бы температуру замерзания 100 0С, а температуру кипения 80 0С. (рис.4.35.)
Водородные связи в структуре воды и льда играют важную роль. В кристалле льда (Н2О)n каждая молекула воды тетраэдрически соединена водородными связями с четырьмя ближайшими к ней молекулами. Такую структуру в плоскостном изображении можно представить следующей схемой.
Н
НО
Н Н
ОН … ОН … ОН
Н НО
Н
Это создает ажурную структуру, далекую от плотной упаковки. Поэтому лед имеет небольшую плотность и значител?/p>