Водородная связь. Комплементарность

Водородная связь – это особый вид межмолекулярной связи, которая осуществляется при участии атомов водорода одной молекулы и атомами с большой электроотрицательностью другой молекулы. Схематически эта связь обозначается тремя точками:

Водородная связь широко проявляется в органических соединениях, кристаллогидратах и многих других, но наиболее ярко она выступает в воде и во льду, обуславливая ее аномальные свойства: высокую температуру кипения, увеличение плотности при плавлении льда, существование в парах димерных молекул и др.

Кроме того, водородная связь может возникать и внутри одной молекулы (в органических веществах), приводя к замыканию цикла. Это так называемая внутримолекулярная водородная связь.

Таким образом, атом становится своеобразным мостиком, соединяющим два фрагмента и разных молекул(межмолекулярная водородная связь) или одной молекулы (внутримолекулярная водородная связь), т.е. возникает пространственное соответствие этих структур, благодаря которому и осуществляется водородная связь. Это так называемая структурная или пространственная комплементарность. Термин комплементарность наибольшее распространение получил в биохимии и биоорганической химии, которое в широком смысле обозначает взаимное соответствие, обеспечивающее связь дополняющих друг друга структур (фрагментов) и определяемое их химическими свойствами. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку.

Прочность водородной связи значительно меньше ковалентной: если прочность первой связи в среднем составляет ~ , то второй – .

Ионная связь

Основой для выделения этой связи в отдельный тип служит то обстоятельство, что она осуществляется посредством электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами. Причём её возникновение возможно между атомами, обладающими большой разницей в электроотрицательности :

т.е. атомы металлов отдают электроны внешнего слоя, а образующиеся положительно заряженные ионы (катионы) имеют завершенные электронные структуры (октет).

С другой стороны:

атомы неметаллов принимают такое количество электронов, какое им необходимо для завершения электронного октета, образуя отрицательно заряженные ионы (анионы).

Взаимодействие ионов противоположного знака не зависит от направления, а кулоновские силы не обладают свойством насыщаемости. Поэтому каждый ион в ионном соединении притягивает к себе определённое число ионов противоположного знака, образуя кристаллическую решетку ионного типа. Поэтому в ионном кристалле нет отдельных молекул.

Ионных соединений немного. Они имеют высокие температуры плавления и кипения. В расплавленном состоянии и в водных растворах многие их них диссоциируют на ионы, а, следовательно, проводят электрический ток.

Резкой границы между ионной и ковалентной связями не существует, так как даже в таких соединениях как и сохраняется некоторая доля ковалентной связи. Поэтому ионную связь можно рассматривать как крайний случай полярной ковалентной связи, когда общая электронная пара полностью смещается к атому с большей электроотрицательностью.

Тип связи между атомами и можно определить по разности электроотрицательностей

Если разница составляет , то степень ионности связи соответствует примерно . При разнице между большей, чем , по мнению Полинга, вещество следует рассматривать с позиции ионной структуры. Если же разница находиться в пределах , то вещество следует описывать с точки зрения ковалентной структуры с частично ионным характером; при разнице менее связь считается чисто ковалентной.

Таблица 4.1 – Разность элементов и степень ионности связи

Если же различие между электроотрицательностями атомов ближе к , то можно говорить о полном переходе электронной пары к более электроотрицательному атому.