Mai mult: Determinarea legăturii de hidrogen
În plus față de diferitele relații heteropolare și homeopoliare, există un alt tip special de conexiune care a atras atenția sporită a chimiștilor în ultimele două decenii. Aceasta este așa-numita legătura cu hidrogen. Sa constatat că un atom de hidrogen poate forma o legătură între doi atomi electronegativi (F, O, N, rareori Cl și S). Există cazuri când această legătură formează un atom de hidrogen legat la un atom de carbon în compuși de tip NSKH3, în care X - atom electronegativ sau grup (de exemplu, HCN, fluorocarburi). Deși, în prezent, natura legăturii cu hidrogen nu a fost încă clarificată pe deplin, o idee clară despre aceasta poate fi deja elaborată.
Se formează o legătură de hidrogen între atomii electronegativi, dintre care cel puțin unul are o pereche de electroni liberi, de exemplu:
Legarea hidrogenului este un fenomen global care cuprinde toata chimia.
1. natura și natura legăturii de hidrogen
Pentru toate timpurile ulterioare, până în prezent nu sa schimbat abordarea de bază pentru interpretarea legăturii de hidrogen, conceptul de protoni neîmpărtășită a rămas neclintită. lung studiu intensiv și clarificat efectul compușilor asupra structurii tendința de a forma legături de hidrogen, a făcut unele claritate natura electronică a acestuia din urmă, a găsit metode fiabile de identificare a acestora. Și, cel mai important, s-au făcut generalizări ample privind evaluarea influenței legăturilor H asupra proprietăților fizice și chimice ale substanțelor. Teoria lui Butler "structura determină proprietățile" este dezvăluită luând în considerare posibilitatea formării unei legături H și a contribuției acesteia la proprietăți specifice. Mai jos este materialul final privind studiul problemelor legate de problema obligațiunilor de hidrogen.
În fazele timpurii ale studierii legăturii de hidrogen, sa presupus că puntea de hidrogen se formează numai între atomi cu mare electronegativitate (F, O, N). În ultimele decenii, când echipamentele mai sofisticate au apărut în mâinile cercetătorilor, cercul partenerilor de legare a hidrogenului sa extins considerabil (Cl, S și alții). Ca atom, X poate fi orice atom, mai electronegativ decât atomul de hidrogen și care formează legătura chimică obișnuită cu cea din urmă (de exemplu, un atom de carbon). În rolul unui acceptor al atomului de hidrogen pot acționa ca atomi cu perechi de electroni împărțite în comun (în unele cazuri, chiar argon și xenon) și compuși care au legături π.
Având în vedere natura compușilor potențial capabili de formarea legăturii H, vedem cu ușurință că formarea unei legături de hidrogen poate fi reprezentată ca interacțiunea acido-bazică determinând prima etapă a transferului de protoni în timpul reacțiilor protolitice.
A-H +: BA-H ... BA- ... H-B + A- + HB +
Astfel de interacțiuni sunt observate în soluțiile acide. Atunci când produsul AH nu are o aciditate pronunțată sau în absența unui solvent adecvat, procesul de interacțiune acid-bază se oprește la etapa complexă moleculară.
În ciuda recunoașterii universale a legăturilor H, nu există un singur punct de vedere asupra naturii acestui fenomen în literatura de specialitate. Întrebarea este încă controversată. Înainte de a prezenta o viziune modernă asupra naturii forțelor care determină formarea legăturilor de hidrogen, să notăm cele mai importante fapte experimentale care însoțesc acest proces.
I. În timpul formării legăturilor de hidrogen, se degajă căldură - o măsură termochemică a energiei legate de H. Această caracteristică este utilizată pentru calibrarea metodelor spectrale pentru studierea legăturilor de hidrogen.
II. Distanța dintre atomii vecini care participă la formarea legăturii de hidrogen este mult mai mică decât suma raza lor van der Waals. Astfel, în apă, distanța dintre atomii de oxigen din sistemul O-H ... O este de 0.276 nm. Presupunând că lungimea legăturii covalente a O-H este de 0,1 nm, lungimea legăturii fie N ... O 0.176 nm, adică este semnificativ (aproximativ 70%) mai mult decât o legătură covalentă între atomii. Cu toate acestea, legătura H ... O este semnificativ mai scurtă decât suma razei van der Waals, care este de 0,12 și respectiv 0,14 nm pentru hidrogen și respectiv pentru oxigen. Ultima circumstanță este
Din criteriile care indică formarea între molecule de legare la hidrogen.
III. legături de hidrogen mărește lungimea legăturii X-H, ceea ce conduce la deplasarea benzilor respective de întindere vibrațiilor în spectrul infraroșu spre frecvențe mai joase. Metoda spectroscopiei IR este principala metodă de studiere a legăturii de hidrogen.
IV. Atunci când legătură de hidrogen conexiune formarea polaritate X-N crește, ceea ce crește momentul de dipol al complexului molecular, comparativ cu datele calculate obținute prin adăugare vectorul dipolilor moleculare R-X-H și B-Y.
V. Protonii care participă la legătura de hidrogen sunt caracterizați printr-o densitate electronică mai scăzută și, prin urmare, sunt de-ecranați, ceea ce duce la o deplasare substanțială a semnalelor rezonante corespunzătoare în spectrul 1H RMN într-un câmp slab. Rezonanța magnetică protonă, împreună cu spectrul IR, este cea mai sensibilă la formarea legăturii H.
VI. Pentru legături de hidrogen intermoleculare observat schimbare a echilibrului acido-bazic ion molecular complex pereche la dreapta cu polaritate crescătoare de solvent.
În plus față de aceste caracteristici structurale și spectroscopice fixe și alte tipuri de legături de hidrogen, care sunt utilizate, pe de o parte, pentru identificarea acestuia din urmă, și pe de altă parte - în interpretarea naturii lor electronice. Deoarece legătura de hidrogen are loc numai în cazul în care atomul de hidrogen legat la un atom electronegativ a fost presupus anterior că natura legăturii de hidrogen este redus la un dipol-dipol tip de interacțiune RX - d -H + d ... B - d -Y, care mai este denumit interacțiune electrostatică. Această ipoteză este susținută de faptul că cele mai puternice legături de hidrogen sunt formate din atomii de hidrogen asociați cu elementele cele mai electronegative. O mai mare rezistență a legăturii de hidrogen, în comparație cu interacțiunea nespecific dipol-dipol (aproximativ de 10 ori) poate fi explicată prin mărimea mică a unui atom de hidrogen, astfel încât să poată veni mai aproape de celălalt dipol. Modelul dipol explică de asemenea geometria liniară a legăturii de hidrogen, deoarece pentru un aranjament liniar de atomi, forțele atractive sunt maxime, iar forțele respingătoare sunt minime.
Cu toate acestea, nu toate faptele experimentale stabilite în studiul legăturilor de hidrogen pot fi explicate exclusiv pe baza interacțiunii dipol-dipol. Este imposibil de observat o relație regulată între energia legăturii de hidrogen și momentul dipolului sau polarizabilitatea moleculelor care interacționează. Lungimea scurtă a legăturilor de hidrogen indică o suprapunere semnificativă a razei van der Waals. Un model electrostatic simplu nu ia în considerare suprapunerea funcțiilor de undă, redistribuirea densității electronilor pe măsură ce moleculele se apropie. Este posibil să se rezolve aceste probleme presupunând că legătura cu hidrogen are un caracter parțial covalent datorită interacțiunii donor-acceptor a donorului de electroni B cu acceptorul de extragere a electronilor A-X-H. O creștere a densității electronilor la atomul X are loc printr-un intermediar, puntea de hidrogen. În același timp, este permisă umplerea parțială a orbitalilor nelegați de atomul de hidrogen.
Astfel, legăturile H se formează ca urmare a manifestării simultane a următoarelor forțe: interacțiunea electrostatică și transferul de sarcină. Cuantele chimice cuantice arată că principala contribuție se face la prima componentă. În legăturile de hidrogen, care diferă semnificativ în ceea ce privește caracteristicile energetice, raportul dintre aceste contribuții variază de asemenea. Există și alte explicații privind natura legăturii de hidrogen, care nu au primit recunoaștere generală.
În concluzia luării în considerare a naturii legăturii H, se poate observa că este mai ușor ca chimistul să recunoască existența acestui fenomen decât să explice natura sa. Diversitatea legăturilor de hidrogen este motivul lipsei unei abordări unificate a interpretării lor. Este dificil chiar să ne imaginăm că natura legăturilor de hidrogen în anionul difluorid (FHF) - și în sistemul C-H ... Cl poate fi explicată dintr-un punct de vedere unificat. Una dintre dificultăți constă în natura actorului principal - atomul de hidrogen, care nu poate avea mai mult de doi electroni pe cochilia exterioară. Prin urmare, conceptul de atom de hidrogen cu două coordonate este perceput ambiguu. Cel mai probabil, nu va exista o singură abordare pentru a explica natura cuplării H. Va fi creat un model de generalizare care să ia în considerare contribuția forțelor diferite de natură, adică o versiune mult mai extinsă a ceea ce avem în prezent.
Mai mult: Determinarea legăturii de hidrogen
Informații despre lucrarea "Legătura cu hidrogen"
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: