FTF 4 semestr - 11
Атом водню, з'єднаний з атомом фтору, кисню або азоту (рідше - хлору, сірки або інших неметалів), може утворювати ще один додатковий зв'язок. Це відкриття, зроблене у вісімдесятих роках дев'ятнадцятого сторіччя, пов'язують із іменами українських хіміків М.О.Іллінськогота Н.М.Бекетова. Було встановлено, що деякі водневмісні групи атомів часто утворюють стійкий хімічний зв'язок з електронегативними атомами, що входять до складу іншої або тієї самої молекули. Такий хімічний зв'язок отримав назву водневого зв'язку.
Міжмолекулярний та внутрішньомолекулярний водневий зв'язок
Водневий зв'язок- це взаємодія між двома електронегативними атомами однієї або різних молекул за допомогою атома водню: А-Н.В (рисою позначено ковалентний зв'язок, трьома точками - водневий зв'язок).
Водневий зв'язок обумовлений електростатичним тяжінням атома водню (що несе позитивний заряд δ+) до атома електронегативного елемента, що має негативний заряд δ−. У більшості випадків вона слабша за ковалентну, але істотно сильніша за звичайне тяжіння молекул одна до одної в твердих і рідких речовинах. На відміну від міжмолекулярних взаємодій водневий зв'язок має властивості спрямованості та насичуваності, тому її нерідко вважають одним з різновидів ковалентного хімічного зв'язку. Вона може бути описана за допомогою методу молекулярних орбіталей як трицентровий двоелектронний зв'язок.
Однією з ознак водневого зв'язку може бути відстань між атомом водню та іншим атомом, що її утворює. Воно має бути меншим, ніж сума радіусів цих атомів. Найчастіше зустрічаються несиметричні водневі зв'язки, у яких відстань Н.більша, ніж А-В. Однак у поодиноких випадках(Фтороводород, деякі карбонові кислоти) водневий зв'язок є симетричним. Кут між атомами у фрагменті А-Н.зазвичай близький до 180 o . Найбільш сильні водневі зв'язки утворюються за участю атомів фтору. У симетричному іоні [F−H−F] − енергія водневого зв'язку дорівнює 155 кДж/моль і можна порівняти з енергією ковалентного зв'язку. Енергія водневого зв'язку між молекулами води вже помітно менша (25 кДж/моль).
Міжмолекулярний та внутрішньомолекулярний водневий зв'язок
Водневі зв'язки виявлені у багатьох хімічних сполуках. Вони виникають, як правило, між атомами фтору, азоту та кисню (найбільш електронегативні елементи), рідше – за участю атомів хлору, сірки та інших неметалів. Міцні водневі зв'язки утворюються в таких рідких речовинах, як вода, фтороводород, кисневмісні неорганічні кислоти, карбонові кислоти, феноли, спирти, аміак, аміни. При кристалізації водневі зв'язки у цих речовинах зазвичай зберігаються. Тому їх кристалічні структури мають вигляд ланцюгів (метанол), плоских двовимірних шарів (борна кислота), просторових тривимірних сіток (лід).
Якщо водневий зв'язок поєднує частини однієї молекули, то говорять про внутрішньомолекулярний водневий зв'язок. Це особливо притаманно багатьох органічних сполук (рис. 42). Якщо водневий зв'язок утворюється між атомом водню однієї молекули і атомом неметалу іншої молекули (міжмолекулярний водневий зв'язок), то молекули утворюють досить міцні пари, ланцюжки, кільця. Так, мурашина кислота і в рідкому і газоподібному стані існує у вигляді димерів:
а газоподібний фтороводород містять полімерні молекули, що включають до чотирьох HF частинок. Міцні зв'язки між молекулами можна знайти у воді, рідкому аміаку, спиртах. Необхідні дляУтворення водневих зв'язків атоми кисню та азоту містять усі вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти. Відомо, наприклад, що глюкоза, фруктоза та сахароза чудово розчиняються у воді. Не останню роль у цьому відіграють водневі зв'язки, що утворюються у розчині між молекулами води та численними OH-групами вуглеводів.
Атоми металів від атомів інших елементів тим, що порівняно слабко утримують свої зовнішні електрони. Тому в кристалічній решітці металу ці електрони залишають свої атоми, перетворюючи їх на позитивно заряджені іони. "Узагальнені" електрони пересуваються у просторі між катіонами та утримують їх разом. Межатомні відстані в металах більші, ніж у їх з'єднаннях з ковалентним зв'язком. Така зв'язок існує у твердих кристалах металів, а й у розплавах й у аморфному стані. Вона називається металевою.
Металевий зв'язок – хімічний зв'язок, зумовлений наявністю великої кількості не пов'язаних з ядрами рухомих електронів.
Єдина система електронів у металевих речовинах називається електронним газом. Метал можна подати у вигляді кістяка з позитивних іонів, зануреного в електронний газ, який компенсує сили взаємного відштовхування позитивних іонів. У свою чергу, електронний газ може вільно рухатися через ґрати, що складаються з іонів металу. У кристалах металів атоми іонізовані в повному обсязі, і частина валентних електронів залишається пов'язаної. В результаті можлива поява частково ковалентних зв'язків між сусідніми атомами. Вклади іонної та ковалентної складової виявлені у багатьох металах. Металевий зв'язок має ознаки, характерні як ковалентної, так іонного зв'язку.