Եթե նայեք տարբեր տարրերի ատոմների միմյանց հետ փոխազդելու ունակության քիմիական գիտության ուսումնասիրության ժամանակագրությանը, ապա կարող ենք առանձնացնել 19-րդ դարի կեսերը։ Այն ժամանակ գիտնականները ուշադրություն հրավիրեցին այն փաստի վրա, որ թթվածնի, ֆտորի, ազոտի ջրածնային միացությունները բնութագրվում են մի խումբ հատկություններով, որոնք կարելի է անվանել անոմալ։
Սրանք, առաջին հերթին, շատ բարձր հալման և եռման կետեր են, օրինակ՝ ջրի կամ ֆտորաջրածնի համար, որոնք ավելի բարձր են, քան նմանատիպ այլ միացությունների համար։ Ներկայումս արդեն հայտնի է, որ այս նյութերի այս հատկանիշները որոշվում են ջրածնի ատոմների հատկությամբ՝ ստեղծելու անսովոր տեսակի կապ այն տարրերի ատոմների հետ, որոնք ունեն բարձր էլեկտրաբացասականության ինդեքս։ Նրանք այն անվանեցին ջրածին: Կապի հատկությունները, դրա առաջացման առանձնահատկությունները և այն պարունակող միացությունների օրինակները այն հիմնական կետերն են, որոնց վրա մենք կանդրադառնանք մեր հոդվածում։
Կապի պատճառ
Էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերի գործողությունն էքիմիական կապերի տեսակների մեծ մասի ի հայտ գալու ֆիզիկական հիմքը: Հայտնի են մի տարրի հակառակ լիցքավորված ատոմային միջուկների և մյուսի էլեկտրոնների փոխազդեցության արդյունքում առաջացած քիմիական կապերի տեսակները։ Սրանք կովալենտային ոչ բևեռային և բևեռային կապեր են, որոնք բնորոշ են ոչ մետաղական տարրերի պարզ և բարդ միացություններին։
Օրինակ, ամենաբարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող ֆտորի ատոմի և ջրածնի էլեկտրաչեզոք մասնիկի միջև, որի մեկէլեկտրոնային ամպը սկզբում պատկանում էր միայն H ատոմին, տեղի է ունենում բացասական լիցքավորված խտության փոփոխություն։. Այժմ ջրածնի ատոմն ինքնին իրավամբ կարելի է անվանել պրոտոն։ Ի՞նչ կլինի հետո:
Էլեկտրաստատիկ փոխազդեցություն
Ջրածնի ատոմի էլեկտրոնային ամպը գրեթե ամբողջությամբ անցնում է դեպի ֆտորի մասնիկը, և այն ձեռք է բերում ավելորդ բացասական լիցք։ Մերկ, այսինքն՝ բացասական խտությունից զուրկ ջրածնի ատոմի՝ պրոտոնի և հարևան ջրածնի ֆտորի մոլեկուլի F- իոնի միջև դրսևորվում է էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժ։ Այն հանգեցնում է միջմոլեկուլային ջրածնային կապերի առաջացմանը։ Իր առաջացման շնորհիվ մի քանի HF մոլեկուլներ կարող են միանգամից կայուն փոխկապակցել:
Ջրածնային կապի առաջացման հիմնական պայմանը բարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող քիմիական տարրի ատոմի և նրա հետ փոխազդող ջրածնի պրոտոնի առկայությունն է։ Այս տեսակի փոխազդեցությունն առավել արտահայտված է թթվածնի և ֆտորի միացություններում (ջուր, ֆտորաջրածին), ավելի քիչ՝ ազոտ պարունակող նյութերում, օրինակ՝ ամոնիակում և նույնիսկ ավելի քիչ՝ ծծմբի և քլորի միացություններում։Մոլեկուլների միջև ձևավորված ջրածնային կապերի օրինակներ կարելի է գտնել նաև օրգանական նյութերում:
Այսպիսով, ֆունկցիոնալ հիդրօքսիլ խմբերի թթվածնի և ջրածնի ատոմների միջև սպիրտներում առաջանում են նաև էլեկտրաստատիկ ձգողական ուժեր։ Հետևաբար, հոմոլոգ շարքի արդեն առաջին ներկայացուցիչները՝ մեթանոլը և էթիլային սպիրտը, հեղուկներ են, այլ ոչ գազեր, ինչպես այս կազմի և մոլեկուլային քաշի այլ նյութեր։
Հաղորդակցության էներգիայի հատկանիշ
Համեմատենք կովալենտային (40–100 կկալ/մոլ) և ջրածնային կապերի էներգիայի ինտենսիվությունը։ Ստորև բերված օրինակները հաստատում են հետևյալ պնդումը. ջրածնի տեսակը պարունակում է ընդամենը 2 կկալ/մոլ (ամոնիակի դիմերների միջև) մինչև 10 կկալ/մոլ էներգիա ֆտորային միացություններում: Բայց պարզվում է, որ դա բավական է, որպեսզի որոշ նյութերի մասնիկները կարողանան միանալ ասոցիացիաների՝ դիմերների, տետրա և պոլիմերների՝ բազմաթիվ մոլեկուլներից բաղկացած խմբերի։
Դրանք ոչ միայն միացության հեղուկ փուլում են, այլ կարող են պահպանվել առանց քայքայվելու՝ գազային վիճակի անցնելիս։ Հետևաբար, ջրածնային կապերը, որոնք մոլեկուլները պահում են խմբերով, առաջացնում են ամոնիակի, ջրի կամ ֆտորաջրածնի աննորմալ բարձր եռման և հալման կետեր։
Ինչպես են կապվում ջրի մոլեկուլները
Ե՛վ անօրգանական, և՛ օրգանական նյութերն ունեն մի քանի տեսակի քիմիական կապեր: Քիմիական կապը, որն առաջանում է բևեռային մասնիկների միմյանց հետ կապելու գործընթացում և կոչվում է միջմոլեկուլային ջրածին, կարող է արմատապես փոխել ֆիզիկաքիմիական.կապի բնութագրերը. Եկեք ապացուցենք այս պնդումը՝ հաշվի առնելով ջրի հատկությունները։ H2O մոլեկուլները ունեն դիպոլների ձև՝ մասնիկներ, որոնց բևեռները կրում են հակառակ լիցքեր:
Հարևան մոլեկուլները միմյանց ձգում են դրական լիցքավորված ջրածնի պրոտոններով և թթվածնի ատոմի բացասական լիցքերով։ Այս գործընթացի արդյունքում ձևավորվում են մոլեկուլային բարդույթներ՝ ասոցիատներ, որոնք հանգեցնում են աննորմալ բարձր եռման և հալման կետերի, բարձր ջերմունակության և միացության ջերմահաղորդականության:
Ջրի եզակի հատկությունները
H2O մասնիկների միջև ջրածնային կապերի առկայությունը պատասխանատու է դրա կենսական հատկություններից շատերի համար: Ջուրն ապահովում է նյութափոխանակության ամենակարևոր ռեակցիաները՝ բջջում ածխաջրերի, սպիտակուցների և ճարպերի հիդրոլիզը և հանդիսանում է լուծիչ: Նման ջուրը, որը ցիտոպլազմայի կամ միջբջջային հեղուկի մի մասն է, կոչվում է ազատ։ Մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի շնորհիվ այն ձևավորում է խոնավեցնող թաղանթներ սպիտակուցների և գլիկոպրոտեինների շուրջ, որոնք թույլ չեն տալիս կպչել պոլիմերային մակրոմոլեկուլների միջև:
Այս դեպքում ջուրը կոչվում է կառուցվածքային: Մեր կողմից բերված ջրածնային կապի օրինակները, որոնք առաջանում են H2O մասնիկների միջև, ապացուցում են դրա առաջատար դերը օրգանական նյութերի հիմնական ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ձևավորման մեջ՝ սպիտակուցներ և պոլիսախարիդներ, կենդանի օրգանիզմների համակարգերում տեղի ունեցող ձուլման և դիսիմիլացիայի գործընթացներում, ինչպես նաև դրանց ջերմային հավասարակշռության ապահովման գործում։
Ներմոլեկուլային ջրածնային կապ
Սալիցիլաթթուն հակաբորբոքային, վերքերի ապաքինող և հակամանրէային ազդեցություն ունեցող հայտնի և երկար ժամանակ օգտագործվող դեղամիջոցներից է։ Ինքը՝ թթուն, ֆենոլի բրոմ ածանցյալները, օրգանական բարդ միացություններն ունակ են ներմոլեկուլային ջրածնային կապ ստեղծելու։ Ստորև բերված օրինակները ցույց են տալիս դրա ձևավորման մեխանիզմը: Այսպիսով, սալիցիլաթթվի մոլեկուլի տարածական կոնֆիգուրացիայում հնարավոր է կարբոնիլային խմբի թթվածնի ատոմի և հիդրօքսիլ ռադիկալի ջրածնի պրոտոնի մոտեցումը։
Թթվածնի ատոմի ավելի մեծ էլեկտրաբացասականության պատճառով ջրածնի մասնիկի էլեկտրոնը գրեթե ամբողջությամբ ընկնում է թթվածնի միջուկի ազդեցության տակ։ Սալիցիլաթթվի մոլեկուլում առաջանում է ջրածնային կապ, որը մեծացնում է լուծույթի թթվայնությունը՝ դրանում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիայի ավելացման պատճառով։
Ամփոփելով՝ կարող ենք ասել, որ ատոմների միջև փոխազդեցության այս տեսակը դրսևորվում է, եթե դոնորի խումբը (էլեկտրոն նվիրաբերող մասնիկը) և այն ընդունող ատոմը միևնույն մոլեկուլի մաս են կազմում։
