หากคุณดูลำดับเหตุการณ์ของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เคมีของความสามารถของอะตอมขององค์ประกอบต่างๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เราสามารถแยกแยะได้ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 ในช่วงเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงที่ว่าสารประกอบไฮโดรเจนของออกซิเจน ฟลูออรีน ไนโตรเจน มีลักษณะเป็นกลุ่มของคุณสมบัติที่เรียกว่าผิดปกติ
ประการแรกคือมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงมาก ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำหรือไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ซึ่งสูงกว่าสารประกอบอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน ในปัจจุบัน เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคุณสมบัติเหล่านี้ของสารเหล่านี้ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมไฮโดรเจนเพื่อสร้างพันธะประเภทผิดปกติกับอะตอมของธาตุที่มีดัชนีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง พวกเขาเรียกมันว่าไฮโดรเจน คุณสมบัติของพันธะ ลักษณะเฉพาะของการก่อตัว และตัวอย่างของสารประกอบที่มีพันธะคือประเด็นหลักที่เราจะเน้นในบทความของเรา
เหตุผลในการเชื่อมต่อ
แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตคือพื้นฐานทางกายภาพสำหรับการปรากฏตัวของพันธะเคมีส่วนใหญ่ ประเภทของพันธะเคมีที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของนิวเคลียสอะตอมที่มีประจุตรงข้ามขององค์ประกอบหนึ่งและอิเล็กตรอนของอีกองค์ประกอบหนึ่งเป็นที่รู้จักกันดี เหล่านี้เป็นพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วและพันธะโควาเลนต์ ซึ่งเป็นลักษณะของสารประกอบเชิงซ้อนและเชิงซ้อนของธาตุอโลหะ
ตัวอย่างเช่น ระหว่างอะตอมฟลูออรีนซึ่งมีอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงสุดกับอนุภาคอิเลคโตรนิวตัลของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นเมฆอิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในขั้นต้น ซึ่งในขั้นต้นเป็นของอะตอม H เท่านั้น ความหนาแน่นของประจุลบจะเปลี่ยนไป. ตอนนี้อะตอมของไฮโดรเจนเองสามารถเรียกได้ว่าโปรตอน จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป
ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต
เมฆอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนเกือบจะเคลื่อนเข้าหาอนุภาคฟลูออรีนจนหมด และทำให้เกิดประจุลบมากเกินไป ระหว่างเปลือยกาย กล่าวคือ ปราศจากความหนาแน่นเชิงลบ อะตอมของไฮโดรเจน - โปรตอน และไอออน F- ของโมเลกุลไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่อยู่ใกล้เคียง แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตจะแสดงออกมา มันนำไปสู่การปรากฏตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล เนื่องจากการเกิดขึ้น โมเลกุล HF หลายตัวสามารถก่อตัวเป็นพันธะที่เสถียรได้ในคราวเดียว
เงื่อนไขหลักสำหรับการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนคือการมีอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงและโปรตอนไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับมัน ปฏิกิริยาประเภทนี้เด่นชัดที่สุดในสารประกอบออกซิเจนและฟลูออรีน (น้ำ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์) น้อยกว่าในสารที่มีไนโตรเจน เช่น แอมโมเนีย และแม้แต่ในสารประกอบกำมะถันและคลอรีนก็น้อยกว่าตัวอย่างของพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลสามารถพบได้ในสารอินทรีย์
ดังนั้น ในแอลกอฮอล์ระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนของกลุ่มไฮดรอกซิลที่ใช้งานได้ แรงดึงดูดจากไฟฟ้าสถิตก็เกิดขึ้นเช่นกัน ดังนั้นตัวแทนแรกของซีรีส์ที่คล้ายคลึงกัน - เมทานอลและเอทิลแอลกอฮอล์ - เป็นของเหลวไม่ใช่ก๊าซเหมือนสารอื่น ๆ ขององค์ประกอบนี้และน้ำหนักโมเลกุล
ลักษณะพลังงานของการสื่อสาร
มาเปรียบเทียบความเข้มของพลังงานของพันธะโควาเลนต์ (40-100 กิโลแคลอรี/โมล) กับพันธะไฮโดรเจนกัน ตัวอย่างด้านล่างยืนยันข้อความต่อไปนี้: ชนิดไฮโดรเจนมีเพียง 2 กิโลแคลอรี/โมล (ระหว่างแอมโมเนียไดเมอร์) ถึง 10 กิโลแคลอรี/โมลในสารประกอบฟลูออรีน แต่กลับกลายเป็นว่าเพียงพอสำหรับอนุภาคของสารบางชนิดที่จะสามารถจับตัวเป็นก้อนได้ ได้แก่ ไดเมอร์ เตตร้า และโพลีเมอร์ - กลุ่มที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก
พวกมันไม่เพียงแต่อยู่ในสถานะของเหลวของสารประกอบเท่านั้น แต่สามารถเก็บรักษาไว้ได้โดยไม่สลายตัวเมื่อผ่านเข้าสู่สถานะก๊าซ ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนที่ยึดโมเลกุลไว้เป็นกลุ่มทำให้เกิดจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงผิดปกติของแอมโมเนีย น้ำ หรือไฮโดรเจนฟลูออไรด์
โมเลกุลของน้ำเชื่อมโยงกันอย่างไร
ทั้งสารอนินทรีย์และอินทรีย์มีพันธะเคมีหลายประเภท พันธะเคมีที่เกิดขึ้นในกระบวนการรวมตัวของอนุภาคมีขั้วซึ่งกันและกันเรียกว่า ไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล สามารถเปลี่ยนเคมีกายภาพเคมีได้อย่างรุนแรงลักษณะการเชื่อมต่อ ให้เราพิสูจน์ข้อความนี้โดยพิจารณาคุณสมบัติของน้ำ โมเลกุล H2O มีรูปไดโพล - อนุภาคที่ขั้วมีประจุตรงข้าม
โมเลกุลข้างเคียงถูกดึงดูดเข้าหากันโดยโปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกและประจุลบของอะตอมออกซิเจน อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ สารประกอบเชิงซ้อนของโมเลกุลจึงก่อตัวขึ้น - สารร่วมซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงผิดปกติ ความจุความร้อนสูงและการนำความร้อนของสารประกอบ
คุณสมบัติพิเศษของน้ำ
การมีอยู่ของพันธะไฮโดรเจนระหว่าง H2O อนุภาคมีหน้าที่รับผิดชอบต่อคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการของมัน น้ำให้ปฏิกิริยาการเผาผลาญที่สำคัญที่สุด - การไฮโดรไลซิสของคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันที่เกิดขึ้นในเซลล์ - และเป็นตัวทำละลาย น้ำดังกล่าวซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไซโตพลาสซึมหรือของเหลวระหว่างเซลล์เรียกว่าฟรี ขอบคุณพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล มันสร้างเปลือกไฮเดรชั่นรอบ ๆ โปรตีนและไกลโคโปรตีน ซึ่งป้องกันการเกาะติดระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์
ในกรณีนี้เรียกว่าน้ำที่มีโครงสร้าง ตัวอย่างที่เราให้ไว้เกี่ยวกับพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคของ H2O พิสูจน์ให้เห็นถึงบทบาทสำคัญในการสร้างคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพื้นฐานของสารอินทรีย์ - โปรตีนและโพลีแซคคาไรด์ ในกระบวนการดูดกลืนและกระจายตัวที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต ระบบ ตลอดจนการรักษาสมดุลทางความร้อน
พันธะไฮโดรเจนในโมเลกุล
กรดซาลิไซลิกเป็นหนึ่งในยาที่เป็นที่รู้จักและใช้กันมานาน โดยมีฤทธิ์ต้านการอักเสบ สมานแผล และมีฤทธิ์ต้านจุลชีพ ตัวกรดเอง อนุพันธ์โบรโมของฟีนอล สารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลได้ ตัวอย่างด้านล่างแสดงกลไกการก่อตัว ดังนั้น ในการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของโมเลกุลกรดซาลิไซลิก แนวทางของอะตอมออกซิเจนของกลุ่มคาร์บอนิลและโปรตอนไฮโดรเจนของไฮดรอกซิลเรดิคัลจึงเป็นไปได้
เนื่องจากอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ที่มากขึ้นของอะตอมออกซิเจน อิเล็กตรอนของอนุภาคไฮโดรเจนจึงตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของนิวเคลียสของออกซิเจนเกือบทั้งหมด พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นภายในโมเลกุลของกรดซาลิไซลิก ซึ่งจะเพิ่มความเป็นกรดของสารละลายเนื่องจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในนั้นเพิ่มขึ้น
โดยสรุปแล้ว เราสามารถพูดได้ว่าปฏิกิริยาระหว่างอะตอมแบบนี้จะปรากฏเองถ้ากลุ่มของผู้บริจาค (อนุภาคที่บริจาคอิเล็กตรอน) และอะตอมของตัวรับที่ยอมรับว่าเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลเดียวกัน