ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 3. ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК

§ 3.6. Водневий зв’язок

Водневий зв’язок — це своєрідний хімічний зв’язок. Він може бути міжмолекулярним і внутрішньомолекулярним.

Міжмолекулярний водневий зв’язок виникає між молекулами, до складу яких входять гідроген і сильно електронегативний елемент — флуор, оксиген, нітроген, рідше — хлор, сульфур. Оскільки в такій молекулі спільна електронна пара сильно зміщена від атома гідрогену до атома електронегативного елемента, а позитивний заряд гідрогену сконцентрований у малому об’ємі, то протон взаємодіє з неподіленою електронною парою іншого атома або іона, усуспільнюючи її. В результаті утворюється інший, слабкіший зв’язок, що дістав назву водневого.

Раніше водневий зв’язок зводили до електростатичного притягання між протоном та іншою полярною групою. Однак правильніше слід вважати, що на його утворення впливає і донорно-акцепторна взаємодія. Для цього зв’язку характерні напрямленість у просторі і насичуваність.

Зазвичай водневий зв’язок позначають точками і цим зазначають, що він набагато слабкіший, ніж ковалентний зв’язок (приблизно в 15—20 разів). Проте він все ж відповідає за асоціацію молекул. Наприклад, утворення димерів (у рідкому стані вони найстійкіші) води й ацетатної кислоти можна подати схемами:

Як видно з цих прикладів, за допомогою водневого зв’язку сполучені дві молекули води, а у разі ацетатної кислоти — дві молекули кислоти з утворенням циклічної структури.

Водневий зв’язок впливає на властивості багатьох речовин. Так, через водневий зв’язок фторид гідрогену за звичайних умов існує в рідкому стані (нижче 19,5°С) і містить молекули складу від H₂F₂ до H₆F₆. Внаслідок водневого зв’язку утворюється гідродифторид-іон HF₂ :

Г⁻ + H - F −> F⁻ ... Н - F −> HF₂⁻ ,

який входить до складу солей — гідрофторидів (KHF₂ — гідрофторид калію, NH₄HF₂ — гідрофторид амонію).

Наявністю водневих зв’язків пояснюється вища температура кипіння води (100°С) порівняно з водневими сполуками елементів підгрупи оксигену (H₂S, H₂Se, Н₂Те). У разі води потрібно витратити додаткову енергію для руйнування водневих зв’язків.

Особливо поширені водневі зв’язки у молекулах білків, нуклеїнових кислот та інших біологічно важливих сполук, а тому ці зв’язки відіграють важливу роль у хімії процесів життєдіяльності.