Теория:
Особым видом химической связи является водородная связь.
Водородная связь — это взаимодействие, возникающее между положительно заряженным атомом водорода и намного более электроотрицательным атомом, чаще всего кислорода, азота или фтора.
Это взаимодействие в несколько раз сильнее межмолекулярных сил, но в десять — пятнадцать раз слабее ковалентной связи.
Водородная связь образуется за счёт электростатического притяжения заряженных атомов, а также некоторый вклад в её возникновение вносит донорно-акцепторное взаимодействие. Из-за поляризации у атома водорода частично освобождается электронная орбиталь, а в атомах фтора, кислорода и азота есть пары электронов. Атом водорода выступает акцептором электронов, атом другого неметалла — их донором.
Водородная связь бывает межмолекулярной (в воде, аммиаке, фтороводороде, спиртах, карбоновых кислотах), а также внутримолекулярной (в многоатомных спиртах, белках, нуклеиновых кислотах).
Рис. \(1\). Примеры образования межмолекулярных водородных связей
Водородная связь значительно повышает температуры кипения и плавления веществ, а также их взаимную растворимость.
Рассмотрим влияние водородной связи на температуры кипения водородных соединений неметаллов \(IV\)–\(VII\) групп.
Рис. \(2\). Температуры кипения водородных соединений
Температуры кипения зависят от молекулярных масс веществ и должны возрастать в каждом ряду. Но для воды, аммиака и фтороводорода эти значения температур не подчиняются общей закономерности. Причина такого явления — возникновение водородной связи.
Водородная связь образуется не только между одинаковыми молекулами, но и между разными. Например, такая связь возникает между молекулами спиртов и воды, что обуславливает их способность смешиваться друг с другом. Так, метанол, этанол, пропанол, этиленгликоль, глицерин растворяются в воде неограниченно благодаря образованию водородных связей.
Рис. \(3\). Водородная связь между метанолом и водой
Значение водородных связей
Водородные связи широко встречаются в природе и оказывают значительное влияние на свойства веществ. Они значительно повышают температуры плавления и кипения веществ, влияют на их растворимость в воде.
Благодаря образованию водородных связей вода, метанол, этанол, уксусная кислота и многие другие вещества при обычных условиях находятся в жидком состоянии.
Водородные связи обуславливают вторичную (спиралевидную) структуру белков, а также соединяют две комплементарные цепи ДНК в единое целое.
Рис. \(4\). Водородные связи в молекуле ДНК
Источники:
Рис. 1. Примеры образования межмолекулярных водородных связей, https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/chemistry-hydrogen-bond-fluorine-oxygen-nitrogen-1446160808, дата обращения: 24.08.2022.
Рис. 2. Температуры кипения водородных соединений, https://www.shutterstock.com/image-vector/effect-hidrogen-bonding-on-boiling-point-2090523175, дата обращения: 24.08.2022.
Рис. 3. Водородная связь между метанолом и водой, https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/chemistry-hydrogen-bond-fluorine-oxygen-nitrogen-1446160808, дата обращения: 24.08.2022.
Рис. 4. Водородные связи в молекуле ДНК. © ЯКласс.