Водородная связь

Эта связь обладает несколько большим значением энергии связи (8-40 Дж/моль), чем межмолекулярная.

Обычно атом водорода, имеющий один электрон, способен к образованию единственной химической связи. Однако образовавшийся при этом положительный заряд может притягиваться к находящемуся рядом сильно электроотрицательному атому и образовать вторую связь. Таким электроотрицательным партнером могут быть атомы кислорода, фтора.

Типичным примером твердого тела с такой дополнительной водородной связью является H₂O (лед). При такой связи атом водорода в какой-то момент отдает свой электрон одному из двух соседних атомов кислорода, образует с ним парноэлектронную связь и уже, находясь в составе пары O-H, электростатически взаимодействует с другим атомом кислорода. Это значит, что в каждый момент он связан в основном либо с одним, либо другим атомом кислорода.

В настоящее существует мнение, что есть два типа водородных связей – слабые и сильные. Сильные и слабые водородные связи различаются по длине связи и по энергии связи (табл. 2.1):

Таблица 2.1.

Связь	Энергия связи, Дж/моль	Длина связи,нм
Слабая водородная связь	10-30
Сильная водородная связь		23-24

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что сильные водородные связи существуют в следующих ионах:

· гидратированный гидроксид-ион [HO-H-OH]^-;

· гидратированный ион оксония [H₂O-H-OH₂]⁺,

а также в некоторых органических и неорганических соединениях.

Большую роль играет водородная связь во многих биологических соединениях – белках и нуклеиновых кислотах. Так, белки имеют структуру спиралей, жесткость которых определяется водородными связями. Точно также и молекулы ДНК обладают значительной жесткостью т кристаллизуются в хорошо сцепленную структуру благодаря водородным связям между парами азотистых оснований.

Таким образом, именно водородным связям в воде и в нуклеиновых кислотах мы обязаны сложившимся на Земле формам жизни и такому замечательному эффекту в живых клетках, как наследственность.

Ионная связь

Этот вид связи возникает при взаимодействии противоположно заряженных ионов. Ионная связь по Косселю образуется в результате переноса одного или нескольких электронов от одного атома к другому.

Легкость образования ионного соединения зависит от легкости образования входящих в него катионов и анионов. Чтобы процесс их образования был энергетически выгоден, атом, отдающий электрон или электроны (донор электронов), должен иметь небольшую энергию ионизации, а атом, присоединяющий электроны (акцептор электронов), должен обладать большим сродством к электрону.

Сродство к электрону – является энергетическим понятием. Это мера способности атома присоединять электрон. Количественно ее можно определить как изменение энергии, происходящее при образовании одного моля анионов из одного моля атомов. Подобно энергии ионизации, сродство к электрону характеризует атомы и ионы в газообразном состоянии.

Энергия, необходимая для удаления одного моля электронов от одного моля атомов называется энергией ионизации.

Процесс образования ионной связи можно разделить на два этапа:

· образование из нейтральных атомов разноименно заряженных ионов;

· взаимодействие этих ионов с образованием прочного химичес­кого соединения.

Поскольку электрическое поле иона имеет сферическую симмет­рию, ионная связь не обладает направленностью. Однако взаимодей­ствие двух противоположно заряженных ионов не приводит к полной взаимной компенсации их полей, и они сохраняют способность притя­гивать и другие ионы. В связи с этим ионная связь не обладает насыщаемостью.

Каждый ион стремится окружить себя ионами противоположного знака, число которых определяется соотношением размеров ионов, а не их химическими свойствами. Количество находящихся в контакте соседних ионов называется координационным числом. В зависимости от отношения радиуса катиона (r_k) к радиусу аниона (r_a) устойчи­вость образующихся соединений определяется координационным числом. Геометри­ческие расчеты, связывающие координационное число с отношением радиусов ионов, обобщены в табл. 2.1.

При отношении r_k/r_a = 0.4 координационное число не может быть равно 6, а координационное число 4 может иметь место даже при r_k/r_a > 0.414, особенно если связи не чисто ионные.

Таблица 2.2.

Дата добавления: 2015-11-30