Водородная связь.

Атом водорода может быть связан одновременно с двумя атомами: с одним химической связью, а с другим водородной. Водородная связь - это слабая химическая связь, которую образует положительно поляризованный атом водорода с отрицательно поляризованным атомом в другой молекуле за счет сил электростатического притяжения. Причина образования водородной связи – способность малого по размеру атома водорода глубоко внедряться в электронную оболочку другого атома. Водородная связь характерна для соединений водорода с небольшими по размеру атомами элементов второго периода с высокой электроотрицательностью: азотом, кислородом, фтором.

Например, водородные связи образуются между молекулами воды, фтороводорода, аммиака, этилового спирта: F - H…F – H…F – H.

Энергия водородной связи примерно в 10 раз меньше одинарной ковалентной связи и составляет 10-40кДж. Наличие водородных связей между молекулами повышает температуры плавления и кипения этих веществ по сравнению с их аналогами. Для сравнения приведены температуры кипения и плавления воды, сероводорода и селеноводорода:

Н₂О Н₂S Н₂Sе

Т_пл⁰С 0 -80 -70

Т_кип⁰С 100 -50 -30

Водородные связи между молекулами воды определяют ее особые свойства. Известно более 40 различных структур воды. За счет водородных связей возникает каркасная структура льда, обуславливающая его меньшую плотность по сравнению с жидкой водой. Максимальная плотность воды при 4⁰С. При плавлении водородные связи разрушаются всего на 10%, а при кипении – полностью.

Водородная связь может осуществляться внутри одной молекулы (внутримолекулярная водородная связь). Прочность такой связи достигает величин химической связи – до 400кдж. Она широко распространена в органических соединениях, а также имеет место в гидратированных ионах Н⁺ и ОН^-, в ионе дифторида водорода:

Образование водородных связей играет важную роль в таком понятии, как комплементарность – взаимное соответствие в химическом строении взаимодействующих молекул. Это соответствие обеспечивается за счет образования вторичных связей между ними (чаще всего водородных). Комплиментарные структуры подходят как ключ к замку. Примеры комплементарных структур: спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом.