اگر به گاه‌شماری مطالعه در علم شیمی در مورد توانایی اتم‌های عناصر مختلف در تعامل با یکدیگر نگاه کنید، می‌توان اواسط قرن نوزدهم را مشخص کرد. در آن زمان، دانشمندان توجه خود را به این واقعیت جلب کردند که ترکیبات هیدروژنی اکسیژن، فلوئور، نیتروژن با گروهی از خواص مشخص می شوند که می توان آنها را غیرعادی نامید.
اینها اول از همه نقطه ذوب و جوش بسیار بالا هستند، مثلاً برای آب یا هیدروژن فلوراید، که بالاتر از سایر ترکیبات مشابه هستند. در حال حاضر، از قبل مشخص شده است که این ویژگی های این مواد با خاصیت اتم های هیدروژن برای ایجاد یک نوع پیوند غیر معمول با اتم های عناصری که دارای شاخص الکترونگاتیوی بالایی هستند تعیین می شود. آن را هیدروژن نامیدند. ویژگی‌های یک پیوند، ویژگی‌های تشکیل آن، و نمونه‌هایی از ترکیبات حاوی آن، مهمترین نکاتی است که در مقاله خود بر آنها تمرکز خواهیم کرد.
دلیل اتصال
عمل نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی استاساس فیزیکی برای ظهور اکثر انواع پیوندهای شیمیایی. انواع پیوندهای شیمیایی که به دلیل برهمکنش هسته های اتمی با بار مخالف یک عنصر و الکترون های عنصر دیگر به وجود آمده اند، به خوبی شناخته شده اند. اینها پیوندهای کووالانسی غیر قطبی و قطبی هستند که مشخصه ترکیبات ساده و پیچیده عناصر غیرفلزی هستند.
برای مثال، بین اتم فلوئور، که دارای بیشترین الکترونگاتیوی است، و ذره الکتروخنثی هیدروژن، که ابر تک الکترونی آن در ابتدا فقط به اتم H تعلق داشت، تغییری در چگالی بار منفی وجود دارد.. اکنون خود اتم هیدروژن را به درستی می توان پروتون نامید. بعد چه اتفاقی می افتد؟
برهم کنش الکترواستاتیک
ابر الکترونی اتم هیدروژن تقریباً به طور کامل به سمت ذره فلوئور می رود و بار منفی اضافی پیدا می کند. بین برهنه، یعنی فاقد چگالی منفی، اتم هیدروژن - یک پروتون، و یون F- مولکول هیدروژن فلوراید مجاور، نیروی جاذبه الکترواستاتیک آشکار می شود. منجر به ظهور پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی می شود. با توجه به وقوع آن، چندین مولکول HF می توانند به طور همزمان پیوندهای پایداری تشکیل دهند.
شرط اصلی تشکیل پیوند هیدروژنی وجود یک اتم یک عنصر شیمیایی با الکترونگاتیوی بالا و یک پروتون هیدروژن در تعامل با آن است. این نوع برهمکنش در ترکیبات اکسیژن و فلوئور (آب، هیدروژن فلوراید)، کمتر در مواد حاوی نیتروژن مانند آمونیاک و حتی کمتر در ترکیبات گوگرد و کلر مشخص است.نمونه‌هایی از پیوندهای هیدروژنی تشکیل‌شده بین مولکول‌ها را می‌توان در مواد آلی نیز یافت.
بنابراین، در الکل‌های بین اتم‌های اکسیژن و هیدروژن گروه‌های هیدروکسیل عاملی، نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی نیز ایجاد می‌شوند. بنابراین، در حال حاضر اولین نمایندگان سری همولوگ - متانول و الکل اتیلیک - مایع هستند، نه گاز، مانند سایر مواد با این ترکیب و وزن مولکولی.
ویژگی انرژی ارتباط
بیایید شدت انرژی پیوندهای کووالانسی (40-100 کیلو کالری در مول) و هیدروژنی را با هم مقایسه کنیم. مثال‌های زیر بیانیه زیر را تأیید می‌کنند: نوع هیدروژن حاوی تنها 2 کیلوکالری در مول (بین دایمرهای آمونیاکی) تا 10 کیلوکالری در مول انرژی در ترکیبات فلوئور است. اما معلوم شد که برای ذرات برخی از مواد کافی است تا بتوانند به همدستان متصل شوند: دیمرها، تترا - و پلیمرها - گروه‌هایی که از مولکول‌های زیادی تشکیل شده‌اند.
آنها نه تنها در فاز مایع ترکیب هستند، بلکه می توانند بدون متلاشی شدن، هنگام عبور به حالت گاز، حفظ شوند. بنابراین، پیوندهای هیدروژنی که مولکول‌ها را به صورت گروهی نگه می‌دارند، باعث ایجاد نقطه جوش و ذوب غیرطبیعی آمونیاک، آب یا هیدروژن فلوراید می‌شوند.
چگونه مولکول های آب به هم مرتبط می شوند
هر دو مواد معدنی و آلی دارای چندین نوع پیوند شیمیایی هستند. پیوند شیمیایی که در فرآیند پیوند ذرات قطبی با یکدیگر به وجود می آید و هیدروژن بین مولکولی نامیده می شود، می تواند فیزیکوشیمیایی را به شدت تغییر دهد.ویژگی های اتصال اجازه دهید این گفته را با در نظر گرفتن خواص آب ثابت کنیم. مولکول‌های H2O شکل دوقطبی دارند - ذراتی که قطب‌های آنها بارهای مخالف دارند.
مولکول های همسایه توسط پروتون های هیدروژن با بار مثبت و بارهای منفی اتم اکسیژن به یکدیگر جذب می شوند. در نتیجه این فرآیند، کمپلکس‌های مولکولی تشکیل می‌شوند که منجر به ظهور نقاط جوش و ذوب غیرعادی بالا، ظرفیت حرارتی بالا و هدایت حرارتی ترکیب می‌شوند.
خواص بی نظیر آب
وجود پیوندهای هیدروژنی بین ذرات H2O مسئول بسیاری از خواص حیاتی آن است. آب مهم ترین واکنش های متابولیک - هیدرولیز کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی های موجود در سلول - را فراهم می کند و یک حلال است. چنین آبی که بخشی از سیتوپلاسم یا مایع بین سلولی است، آزاد نامیده می شود. به لطف پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ها، پوسته های هیدراتاسیون در اطراف پروتئین ها و گلیکوپروتئین ها ایجاد می کند که از چسبیدن بین ماکرومولکول های پلیمری جلوگیری می کند.
در این مورد، آب ساختار یافته نامیده می شود. مثال‌هایی از پیوند هیدروژنی که بین ذرات H2O وجود دارد، نقش اصلی آن را در تشکیل خواص فیزیکی و شیمیایی اساسی مواد آلی - پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها نشان می‌دهد. در فرآیندهای جذب و غیر همسان سازی که در سیستم های موجودات زنده رخ می دهد و همچنین در تضمین تعادل حرارتی آنها.
پیوند هیدروژنی درون مولکولی
سالیسیلیک اسید یکی از داروهای شناخته شده و پر مصرف با اثرات ضد التهابی، التیام دهنده زخم و ضد میکروبی است. خود اسید، مشتقات برومو فنل، ترکیبات پیچیده آلی قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی درون مولکولی هستند. مثال های زیر مکانیسم تشکیل آن را نشان می دهد. بنابراین، در پیکربندی فضایی مولکول اسید سالیسیلیک، نزدیک شدن اتم اکسیژن گروه کربونیل و پروتون هیدروژن رادیکال هیدروکسیل امکان پذیر است.
به دلیل الکترونگاتیوی بیشتر اتم اکسیژن، الکترون ذره هیدروژن تقریباً به طور کامل تحت تأثیر هسته اکسیژن قرار می گیرد. پیوند هیدروژنی در داخل مولکول اسید سالیسیلیک ایجاد می شود که به دلیل افزایش غلظت یون های هیدروژن در محلول، اسیدیته محلول را افزایش می دهد.
به طور خلاصه، می توان گفت که این نوع برهمکنش بین اتم ها زمانی خود را نشان می دهد که گروه دهنده (ذره ای که الکترون اهدا می کند) و اتم گیرنده ای که آن را می پذیرد بخشی از یک مولکول باشند..
