Site Loader

Содержание

Онлайн урок: Химическая связь по предмету Химия 8 класс

Ковалентная связь устанавливается между атомами не только одного элемента, но и разных.

Рассмотрим установление химической связи между атомами разных элементов-неметаллов на примере образования фторида водорода.

Запишем схему электронных структур атомов водорода и фтора.

У каждого из атомов имеется по одному неспаренному электрону.

При взаимодействии этих электронов может образоваться общая электронная пара, связывающая атомы разных элементов:

В данном случае перекрываются сферическая s- орбиталь атома водорода и гантелеобразная p-орбиталь атома фтора.

Эта химическая связь также ковалентная.

Она осуществляется общей электронной парой, для образования которой каждый из этих атомов поставляет по одному электрону.

Связывающая их электронная пара принадлежит обоим атомам, однако уже не в равной степени.

Это связано с тем, что атомы разных элементов имеют разную электроотрицательность.

Электроотрицательность – количественная характеристика способности атома смещать в свою сторону общие электронные пары.

Общая электронная пара в молекуле сложного вещества смещена к одному из атомов, что образует вокруг этого атома избыток отрицательного заряда, а у другого – избыток положительного заряда.

Такая молекула имеет как бы два полюса: положительный и отрицательный.

Поэтому такую связь называют ковалентной полярной.

Молекулы хлороводорода, воды, аммиака являются полярными.

Их еще называют диполями (имеющими два полюса).

 

В противоположность этому, связь между одинаковыми атомами, где электронная пара принадлежит обоим атомам в равной степени

, называют ковалентной неполярной.

 

Важнейшим свойством ковалентной связи является ее прочность.

Она определяется энергией связи. Вы уже знаете, что при образовании химической связи выделяется энергия – это экзотермический процесс.

При образовании H2выделяется 431 кДж/моль, при образовании HF– 565 кДж/моль (количество энергии, выделяющееся при образовании 1 моль вещества).

Чем выше степень перекрывания электронных облаков связывающихся атомов, тем больше энергия их связи и тем прочнее образованная молекула.

Длина связи – другое ее свойство. Длину связи измеряют в нанометрах (1  нанометр = 10-9метра).

Длина связи зависит от радиуса взаимодействующих атомов, от кратности связи между ними.

Чем меньше длина связи, тем она прочнее.

Направленностьковалентной связи определяется взаимным расположением электронных облаков, участвующих в образовании химической связи.

Рассмотрим направленность ковалентных связей в молекуле воды.

У атома кислорода два неспаренных р-электрона.

Их р-электронные облака расположены в пространстве взаимно перпендикулярно по отношению друг к другу.

При взаимодействии с атомами водорода образуются две химические связи.

В молекуле воды они также образуют угол.

Экспериментально установлено, что угол связи Н–О–Н в молекуле воды равен не 90°, а 104,45° вследствие их взаимного отталкивания: у молекулы воды угловая форма.

 

Здесь настало время рассказать про ещё один вид связи.

Эту связь нельзя назвать полностью химической, а скорее электрохимической.

Кислород имеет очень большую электроотрицательность по отношению к водороду, вследствие чего в молекуле воды он очень сильно смещает на себя электронные пары, поэтому образующиеся вокруг атомов заряды ощутимы до такой степени, что между соседними молекулами воды образуются силы притяжения.

Поскольку такой вид связи образуется преимущественно с участием атомов водорода, её называют водородной.

Прочность такой связи примерно в 10 раз меньше прочности ковалентной, однако она значительно влияет на свойства веществ: повышает температуру плавления и кипения, вязкость, теплопроводность, теплоёмкость веществ.

Для примера рассмотрим температуры кипения и плавления водородных соединений элементов VI группы периодической системы (кислород, сера, селен, теллур) и рассмотрим их в виде таблицы и графика.

Вещество

Температура кипения

Температура плавления

H2Te

(теллуроводород)

–2,2 °С

–49 °С

H2Se

(селеноводород)

–41,25 °С

–65,37 °С

H2S

(сероводород)

–60,28 °С

–82,30 °С

H2O

(вода)

+100,00 °С

0,00 °С

Если бы между молекулами воды не существовало водородных связей, температура кипения воды была бы около минус 80 °С, а температура плавления около минус 90°С.

Водородная связь играет большую роль не только в том, что вода при нормальных условиях представляет собой жидкость.

Она также участвует в стабилизации очень многих органических молекул в живых организмах, таких как белки или нуклеиновые кислоты.

 

Молекулы разных веществ могут иметь линейное, угловое, пирамидальное и другое строение, плоскостную и неплоскостную формы.

Двухатомные молекулы, естественно, линейной формы.

Трехатомные молекулы могут иметь линейную или угловую форму. Четырехатомная молекула аммиака имеет форму пирамиды. 

2.2.2.12. Химия / КонсультантПлюс

В системе естественнонаучного образования химия как учебный предмет занимает важное место в познании законов природы, формировании научной картины мира, создании основы химических знаний, необходимых для повседневной жизни, навыков здорового и безопасного для человека и окружающей его среды образа жизни, а также в воспитании экологической культуры.

Успешность изучения химии связана с овладением химическим языком, соблюдением правил безопасной работы при выполнении химического эксперимента, осознанием многочисленных связей химии с другими предметами школьного курса.

Программа включает в себя основы неорганической и органической химии. Главной идеей программы является создание базового комплекса опорных знаний по химии, выраженных в форме, соответствующей возрасту обучающихся.

В содержании данного курса представлены основополагающие химические теоретические знания, включающие изучение состава и строения веществ, зависимости их свойств от строения, прогнозирование свойств веществ, исследование закономерностей химических превращений и путей управления ими в целях получения веществ и материалов.

Теоретическую основу изучения неорганической химии составляет атомно-молекулярное учение, Периодический закон Д.И. Менделеева с краткими сведениями о строении атома, видах химической связи, закономерностях протекания химических реакций.

В изучении курса значительная роль отводится химическому эксперименту: проведению практических и лабораторных работ, описанию результатов ученического эксперимента, соблюдению норм и правил безопасной работы в химической лаборатории.

Реализация данной программы в процессе обучения позволит обучающимся усвоить ключевые химические компетенции и понять роль и значение химии среди других наук о природе.

Изучение предмета «Химия» в части формирования у обучающихся научного мировоззрения, освоения общенаучных методов (наблюдение, измерение, эксперимент, моделирование), освоения практического применения научных знаний основано на межпредметных связях с предметами: «Биология», «География», «История», «Литература», «Математика», «Основы безопасности жизнедеятельности», «Русский язык», «Физика», «Экология».

Первоначальные химические понятия

Предмет химии. Тела и вещества. Основные методы познания: наблюдение, измерение, эксперимент. Физические и химические явления. Чистые вещества и смеси. Способы разделения смесей. Атом. Молекула. Химический элемент. Знаки химических элементов. Простые и сложные вещества. Валентность. Закон постоянства состава вещества. Химические формулы. Индексы. Относительная атомная и молекулярная массы. Массовая доля химического элемента в соединении. Закон сохранения массы веществ. Химические уравнения. Коэффициенты. Условия и признаки протекания химических реакций. Моль — единица количества вещества. Молярная масса.

Кислород. Водород

Кислород — химический элемент и простое вещество. Озон. Состав воздуха. Физические и химические свойства кислорода. Получение и применение кислорода. Тепловой эффект химических реакций. Понятие об экзо- и эндотермических реакциях. Водород — химический элемент и простое вещество. Физические и химические свойства водорода. Получение водорода в лаборатории. Получение водорода в промышленности. Применение водорода. Закон Авогадро. Молярный объем газов. Качественные реакции на газообразные вещества (кислород, водород). Объемные отношения газов при химических реакциях.

Вода. Растворы

Вода в природе. Круговорот воды в природе. Физические и химические свойства воды. Растворы. Растворимость веществ в воде. Концентрация растворов. Массовая доля растворенного вещества в растворе.

Основные классы неорганических соединений

Оксиды. Классификация. Номенклатура. Физические свойства оксидов. Химические свойства оксидов. Получение и применение оксидов. Основания. Классификация. Номенклатура. Физические свойства оснований. Получение оснований. Химические свойства оснований. Реакция нейтрализации. Кислоты. Классификация. Номенклатура. Физические свойства кислот. Получение и применение кислот. Химические свойства кислот. Индикаторы. Изменение окраски индикаторов в различных средах. Соли. Классификация. Номенклатура. Физические свойства солей. Получение и применение солей. Химические свойства солей. Генетическая связь между классами неорганических соединений. Проблема безопасного использования веществ и химических реакций в повседневной жизни. Токсичные, горючие и взрывоопасные вещества. Бытовая химическая грамотность.

Строение атома. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Строение атома: ядро, энергетический уровень. Состав ядра атома: протоны, нейтроны. Изотопы. Периодический закон Д.И. Менделеева. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Физический смысл атомного (порядкового) номера химического элемента, номера группы и периода периодической системы. Строение энергетических уровней атомов первых 20 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Закономерности изменения свойств атомов химических элементов и их соединений на основе положения в периодической системе Д.И. Менделеева и строения атома. Значение Периодического закона Д.И. Менделеева.

Строение веществ. Химическая связь

Электроотрицательность атомов химических элементов. Ковалентная химическая связь: неполярная и полярная. Понятие о водородной связи и ее влиянии на физические свойства веществ на примере воды. Ионная связь. Металлическая связь. Типы кристаллических решеток (атомная, молекулярная, ионная, металлическая). Зависимость физических свойств веществ от типа кристаллической решетки.

Химические реакции

Понятие о скорости химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Понятие о катализаторе. Классификация химических реакций по различным признакам: числу и составу исходных и полученных веществ; изменению степеней окисления атомов химических элементов; поглощению или выделению энергии. Электролитическая диссоциация. Электролиты и неэлектролиты. Ионы. Катионы и анионы. Реакции ионного обмена. Условия протекания реакций ионного обмена. Электролитическая диссоциация кислот, щелочей и солей. Степень окисления. Определение степени окисления атомов химических элементов в соединениях. Окислитель. Восстановитель. Сущность окислительно-восстановительных реакций.

Неметаллы IV — VII групп и их соединения

Положение неметаллов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Общие свойства неметаллов. Галогены: физические и химические свойства. Соединения галогенов: хлороводород, хлороводородная кислота и ее соли. Сера: физические и химические свойства. Соединения серы: сероводород, сульфиды, оксиды серы. Серная, сернистая и сероводородная кислоты и их соли. Азот: физические и химические свойства. Аммиак. Соли аммония. Оксиды азота. Азотная кислота и ее соли. Фосфор: физические и химические свойства. Соединения фосфора: оксид фосфора (V), ортофосфорная кислота и ее соли. Углерод: физические и химические свойства. Аллотропия углерода: алмаз, графит, карбин, фуллерены. Соединения углерода: оксиды углерода (II) и (IV), угольная кислота и ее соли. Кремний и его соединения.

Металлы и их соединения

Положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Металлы в природе и общие способы их получения. Общие физические свойства металлов. Общие химические свойства металлов: реакции с неметаллами, кислотами, солями. Электрохимический ряд напряжений металлов. Щелочные металлы и их соединения. Щелочноземельные металлы и их соединения. Алюминий. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия. Железо. Соединения железа и их свойства: оксиды, гидроксиды и соли железа (II и III).

Первоначальные сведения об органических веществах

Первоначальные сведения о строении органических веществ. Углеводороды: метан, этан, этилен. Источники углеводородов: природный газ, нефть, уголь. Кислородсодержащие соединения: спирты (метанол, этанол, глицерин), карбоновые кислоты (уксусная кислота, аминоуксусная кислота, стеариновая и олеиновая кислоты). Биологически важные вещества: жиры, глюкоза, белки. Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия.

Типы расчетных задач:

1. Вычисление массовой доли химического элемента по формуле соединения.

Установление простейшей формулы вещества по массовым долям химических элементов.

2. Вычисления по химическим уравнениям количества, объема, массы вещества по количеству, объему, массе реагентов или продуктов реакции.

3. Расчет массовой доли растворенного вещества в растворе.

Примерные темы практических работ:

1. Лабораторное оборудование и приемы обращения с ним. Правила безопасной работы в химической лаборатории.

2. Очистка загрязненной поваренной соли.

3. Признаки протекания химических реакций.

4. Получение кислорода и изучение его свойств.

5. Получение водорода и изучение его свойств.

6. Приготовление растворов с определенной массовой долей растворенного вещества.

7. Решение экспериментальных задач по теме «Основные классы неорганических соединений».

8. Реакции ионного обмена.

9. Качественные реакции на ионы в растворе.

10. Получение аммиака и изучение его свойств.

11. Получение углекислого газа и изучение его свойств.

12. Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы IV — VII групп и их соединений».

13. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и их соединения».

Химическое строение волоса

Химическое строение волос достаточно сложное, как уже упоминалось ранее волос состоит из белка, который растет из клеток внутри волосяного фолликула. Как только образуются живые клетки внутри волоса, они начинают свой путь вверх через волосяной фолликул. Вновь образованные клетки волоса созревают и при этом наполняются волокнистым белком, который носит название кератин. Данный процесс созревания — ороговение или кератинизация. После того, как клетки наполняются кератином, они продвигаются вверх, при этом теряют ядро и умирают. К тому времени как волос выходит наружу из фолликула клетки волоса уже полностью ороговели и не являются живыми.

Волосы состоят на 90% из белка — кератина. Белок состоит из длинных цепей аминокислот, которые в свою очередь состоят из химических элементов. Основными химическими элементами, из которых состоит человеческий волос являются: углерод, кислород, водород, азот и сера. Из этих элементов так же состоят кожа и ногти.

Процентное содержание в нормальном волосе

Углерод — 51%

Кислород — 21%

Водород — 6%

Азот — 17%

Сера — 5%

Цепочка кератина

Белки состоят из длинных цепочек аминокислот, которые соединились друг с другом как цепочки бисера. Сильная химическая связь, которая соединяет аминокислоты между собой носит название — белковой или полипептидной. Белки — это длинные, спиральные сложные аминокислотные цепочки, соединенные белковыми связями. Белковые цепочки кератина переплетаются друг с другом и образуют гибкую спираль. Именно такая сложная структура кератина делает его прочным.

Поперечные химические связи в кортексе

Кортекс волоса состоит из миллионов сложных белковых цепочек. Эти цепи сшиты как ступеньки на лестнице несколькими типами дополнительных боковых связей. Именно они связывают цепочки кератина вместе и отвечают за сильную прочность и хорошую эластичность человеческого волоса. Эти связи имеют огромное значение для таких услуг, как термическая укладка, химическая завивка и химическое выпрямление волос. Основными поперечными связями, которые влияют тем или иным образом на работу парикмахера являются: водородные, ионные или солевые и дисульфидные.

Химические связи в волосах

Водородная связь является очень слабой физической поперечной связью, которая легко разрушается водой и температурой. И хотя по отдельности водородные связи очень слабые, но их в волосах так много, что на их долю приходиться около одной трети от общей численности связей в волосах. Водородные связи легко разрушаются при намокании волос. Это позволяет волосам легко растягиваться. При высыхании волоса водородные связи восстанавливаются и фиксируют форму волос в том положении в котором волосы оказались.

Ионные или солевые связи так же являются слабыми физическими связями, образующимися поперек волоса между соседними белковыми цепочками. Ионные связи зависят от pH на волосах, поэтому они легко разрушаются сильными щелочными и кислыми растворами. Но их в волосах так же много, поэтому оказывают значительное влияние на структуру и свойства волос.

Дисульфидная связь — это сильная химическая связь, которая очень отличается от физических водородной и ионной. Она соединяет атомы серы двух соседних аминокислот цистеина, что бы создать одну — цистин. Цистин объединяет две белковые цепочки в единое целое.

Хотя самих дисульфидных связей гораздо меньше, чем водородных и ионных, но они очень сильные и не разрушаются водой. Разорвать дисульфидную связь можно с помощью препаратов для химической завивки и выпрямления. Мало того нормальное температурное воздействие, как, например, при термоукладке, не разрушают дисульфидных связей. Однако очень сильные воздействия температуры, как при воздействии кипятка и некоторых высокотемпературных инструментов для укладки, нарушают эти связи. Яркий пример такого сильного воздействия — утюжки для выпрямления волос.

Большинство препаратов для химической завивке и выпрямлении на украинском рынке вызывают разрушение дисульфидные связи с возможностью дальнейшего восстановления с помощью нейтрализаторов или фиксажа. Однако, все еще на зарубежных рынках, таких как Европа, Америка и т. п. Можно встретить специальные препараты для химического выпрямления, которые разламывают дисульфидные связи без возможности их дальнейшего восстановления.

Когда водородная связь становится ковалентной? | Мнение

В мае 1919 года студент-химик Калифорнийского университета в Беркли по имени Морис Хаггинс запаниковал. Его профессор Уильям Брей требовал, чтобы его студенты написали курсовую работу, чтобы сдать его курс, но Хаггинс еще не сделал этого, а крайний срок приближался. В отчаянии он показал Брею черновые заметки, которые он сделал о некоторых «нерешенных проблемах в химии», которые обсуждал Брей. Может ли профессор принять эти заметки в качестве курсовой работы с добавленным названием?

Брей сделал это, но с оговорками.«Хаггинс, — сказал он, — в этой статье содержится несколько интересных идей, но есть одна, в которую химики никогда не поверят: идея о том, что атом водорода может быть связан с двумя другими атомами одновременно». 1 Хаггинс выдвинул эту странную идею, используя теорию химической связи с разделением электронов, предложенную Гилбертом Льюисом, изображающую, например, димер фтористого водорода, в котором четыре атома расположены в виде квадрата, где каждый водород связан с обоими атомами фтора. . Льюис, однако, скептически отнесся ко всей этой идее.

Как это часто бывает, молодые исследователи были более готовы принять новые идеи, которым сопротивлялись ученые старшего возраста. Так случилось, что в 1920 году Венделл Латимер, молодой лектор из Беркли, и постдоктор Уорт Родебуш опубликовали статью о теории Льюиса, в которой они изложили предложение Хаггинса, сославшись на него в сноске. 2 Но этот странный вид связи не получил названия до тех пор, пока сам Льюис, получивший поддержку, не написал в своей основополагающей книге 1923 года « Валентность и структура атомов и молекул », что «самое важное дополнение к моей теории валентность лежит в предположении того, что стало известно как водородная связь».

Век споров

Но предложение Латимера и Родебуша в значительной степени отвергалось или игнорировалось в течение как минимум десяти лет; в 1926 году британский химик Генри Армстронг высмеял идею о том, что водород может вести себя как двоеженец, а в 1921 году Ирвинг Ленгмюр выдвинул несколько иную идею, чтобы объяснить, как такие молекулы, как вода и фтористый водород, образуют димеры. Инструментом для принятия водородной связи было вмешательство Лайнуса Полинга. В статье 1925 года со своим аспирантом Стерлингом Хендриксом он показал, как такая связь может объяснить ион HF 2 с водородом, зажатым между атомами фтора.Книга Полинга 1939 года « Природа химической связи » закрепила водородную связь как часть лексикона химика, хотя какое-то время он колебался между рассмотрением ее как чисто электростатического явления между ионами или как резонанса между ионными и ковалентными формами. Идею закрепил не только статус Полинга, но и тот факт, что он связал ее с кристаллографическими данными.

Инструментом для принятия водородной связи стало вмешательство Лайнуса Полинга.В статье 1925 года со своим аспирантом Стерлингом Хендриксом он показал, как такая связь может объяснить ион HF 2 с водородом, зажатым между атомами фтора. Книга Полинга 1939 года «Природа химической связи » закрепила водородную связь как часть лексикона химика, хотя какое-то время он колебался между рассмотрением ее как чисто электростатического явления между ионами или как резонанса между ионными и ковалентными формами. Идею закрепил не только статус Полинга, но и тот факт, что он связал ее с кристаллографическими данными.

Неуверенность Полинга понятна; хотя в прошлом году водородная связь отпраздновала свое столетие, споры до сих пор не утихли. Теперь студенты обычно узнают, что водородная связь по существу является электростатической: положительно поляризованный водород, присоединенный к электроноакцепторной сущности, такой как кислород или фтор, притягивается к неподеленной паре электронов на другой молекуле. Но уже давно признано, что в водородной связи тоже есть некоторая ковалентность. 3 И хотя водородные связи в жидкой воде примерно в 25 раз слабее, чем ковалентные связи в молекулах H 2 O, другие, подобные связи в HF 2 , прочнее и короче и обычно считаются Делокализованные, неклассические трехцентровые связи.

Переломный момент

Последняя связь поразительна тем, что может стать симметричной, с водородом, расположенным в средней точке атомов фтора. Хотя это было признано несколько десятилетий назад, эта связь до сих пор обсуждается, о чем свидетельствует недавняя статья Андрея Токмакова из Чикагского университета и его коллег. 4  Они используют сверхбыструю двумерную инфракрасную спектроскопию для характеристики связи в HF 2 в водном растворе и видят плавный переход от обычной водородной связи (где водород расположен асимметрично, ковалентно связан с одним фтором) к «короткой, сильной» водородной связи, в которой водород занимает неглубокую двойную потенциальную яму.В последнем случае связь приближается к полностью ковалентному характеру, но сильно ангармонична в том смысле, что ее движения изгиба и растяжения смешиваются.

В крайнем случае, который, как показывают эксперименты и расчеты, имеет значительное время жизни, водород находится в одноямной потенциальной плоскости с плоским дном, в среднем, посередине между атомами фтора. Здесь исчезает различие между водородной связью и ковалентной связью: как говорят авторы, короткие прочные водородные связи лежат «в переломном моменте, когда водородная связь заканчивается и начинается химическая связь».

В принципе такая же структура может существовать в так называемом ионе Цунделя H 5 O 2 + , что ионы водорода могут образовываться в воде (как также признал Хаггинс в 1971 г.). Но там он крайне недолговечен, и спектроскопия сложнее. Более того, квантово-механическое туннелирование мостикового протона в структурах с двойной потенциальной ямой становится важным даже при комнатной температуре, так что ион Цунделя может быть правильно описан только с полным квантовым описанием связи, а не с классическими представлениями о связи. электростатика или обмен электронами. 5

Другими словами, здесь, по крайней мере, химия показана как своего рода крупнозернистость физики. Он извлекает полезные эвристические концепции, такие как ковалентная, электростатическая и водородная связь, из квантовой патоки. Но иногда нужно просто окунуться в саму патоку.

Химическая связь – Образовательное партнерство по алкогольной фармакологии

Внутримолекулярные связи

Химические связи образуются, когда взаимодействие между двумя или более атомами требует меньше энергии, чем поддержание атомов по отдельности.Химические связи определяются силами притяжения между их ядрами и электронами и могут варьироваться в диапазоне от мимолетного притяжения до необратимого связывания. Существует несколько типов химических связей, которые можно классифицировать на основе вовлеченных атомов и распределения электронов между атомами. Внутримолекулярные связи — это связи, которые соединяют атомы в соединения. Существует 3 типа внутримолекулярных связей: ковалентная, ионная и металлическая.

Ковалентная связь: связь, в которой пара или пары электронов являются общими для двух атомов.

  • Молекулярные соединения относятся к соединениям с ковалентной связью, как правило, с низкой молекулярной массой.
  • Высокомолекулярные соединения представляют собой соединения с высокой молекулярной массой, которые ковалентно связаны и имеют линейную, разветвленную или поперечную связь.
  • Сеть: соединения, в которых каждый атом ковалентно связан со всеми своими ближайшими соседями, так что весь кристалл представляет собой одну молекулу.

Ионная связь: связь, которая удерживает атомы вместе в соединении; электростатическое притяжение между заряженными ионами.Ионные соединения образуются между атомами, существенно различающимися по электроотрицательности. Электрон (электроны), участвующие в связывании, передаются от менее электроотрицательного к более электроотрицательному атому (атомам), образуя ионы. Донор электронов (катион) теперь несет суммарный положительный заряд, а акцептор электронов (анион) теперь несет суммарный отрицательный заряд.

Металлическая связь: связь, возникающая в результате притяжения между положительными ионами и окружающими подвижными электронами.

Межмолекулярные силы

Межмолекулярные силы — это силы, которые притягивают молекулы или частицы к подобным или непохожим молекулам или частицам.Как правило, эти силы между молекулами образуют гораздо более слабые связи, чем те связи, которые образуют соединения. Межмолекулярные силы описаны ниже. Они сгруппированы в 3 подкатегории в зависимости от типа внутримолекулярных связей, образующих соединение:

  • Ионные соединения проявляют электростатические межмолекулярные силы, которые образуют прочные связи с другими ионными соединениями.
  • Ковалентные соединения демонстрируют межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, которые образуют связи различной прочности с другими ковалентными соединениями.К трем типам сил Ван-дер-Ваальса относятся: 1) дисперсионные (слабые), 2) диполь-дипольные (средние) и 3) водородные (сильные).
  • Ион-дипольные связи  (ионные соединения с ковалентными молекулами) образуются между ионами и полярными молекулами. Эти соединения обычно образуют связи от средней до сильной.

Существует пять видов межмолекулярных сил, описанных ниже; описанная сила связи варьируется от самой сильной до самой слабой (последние 3 являются примерами сил Ван-дер-Ваальса).Пожалуйста, помните, что это сравнение относится к другим межмолекулярным притяжениям, а не к силе ковалентной или ионной связи; существует множество исключений, которые здесь не предусмотрены.

  • Электростатический: силы притяжения между ионами противоположного заряда; например, NaCl соединяется с другим NaCl с образованием кристалла соли.
  • Ион-диполь: силы притяжения между катионом/анионом и молекулами растворителя при растворении в воде или других полярных молекулах; е.например, NaCl растворяется в воде с образованием Na+ и Cl-, окруженных молекулами воды.

Поскольку атомы и молекулы представляют собой трехмерные структуры, вращающиеся вокруг ядра электроны редко бывают равномерно распределены. Как следствие, в противном случае нейтральные атомы или молекулы испытывают мгновенные моменты полярности (называемые мгновенными диполями). В жидкостях близлежащие молекулы могут ощущать влияние таких короткоживущих диполей и генерировать собственные мгновенные диполи. Сумма этих изменяющихся взаимодействий между зарядами представляет собой слабое притяжение или связь, называемую силами Ван-дер-Ваальса.

  • Водородная связь: особый тип диполь-дипольного взаимодействия между атомом водорода в полярной связи, такой как OH или NH, и электроотрицательными атомами, N, O или F. Это гораздо более сильные силы притяжения, чем другие диполь- дипольные силы. В результате неравного распределения электронов атомы водорода приобретают положительный заряд. Когда H, очень маленький атом, связан с другими очень маленькими атомами с высокой электроотрицательностью, они образуют сильное притяжение к другим подобным атомам.Только N, O и F образуют водородные связи. Молекулы воды также образуют водородные связи с другими молекулами воды.
  • Диполь-Диполь: силы притяжения между полярными молекулами. Например, одна молекула h3O притягивается к другой молекуле h3O, потому что h3O является полярной молекулой. Воду называют универсальным растворителем, потому что в ней растворяются многие ионные и ковалентные соединения.
  • Дисперсия (Лондонские силы): силы притяжения, возникающие между временными диполями и индуцированными диполями в атомах или молекулах; е.г., I2 связан с I2 с образованием жидкого или твердого йода. Чем больше молекула, тем сильнее дисперсионная сила.

Химические соединения и лекарства

Комбинации ковалентных, ионных и водородных связей необходимы для удержания больших макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты, в их функциональных формах. Например, отдельные базовые молекулы каждой нити ДНК связаны ковалентными связями (фосфодиэфирными связями), а две нити удерживаются вместе водородными связями. С другой стороны, большинство взаимодействий между лекарствами и их рецепторами-мишенями представляет собой комбинацию ионных сил и сил Ван-дер-Ваальса, которые обеспечивают обратимость реакции на лекарство.Ковалентные взаимодействия между лекарством и его мишенью обычно нежелательны для терапевтических целей из-за необратимого характера ковалентной связи.

Молекулы удерживаются вместе химическими связями между отдельными атомами. Эти связи могут различаться по силе от слабо притягательных до необратимых.

Ботаника онлайн: Физическая химия — Химические связи — Ковалентные связи

Ботаника онлайн: Физическая химия — Химические связи — Ковалентные связи — Слабые взаимодействия

Ботаника онлайн 1996-2004.Никаких дальнейших обновлений, только исторический документ ботанической науки !


Свойства и энергосодержание Химические связи


Ковалентная Облигации

Ковалентные связи являются наиболее важным типом связи, встречающимся в Органические молекулы. Они характеризуются общая пара электронов между двумя соседние атомы . В зависимости от вовлеченных партнеров, могут образовываться простые, двойные или тройные связи (H-H, O=O, Н = Н).

дельта G ковалентной связи составляет от -50 до -100 ккал/моль (от -210 до -420 кДж/моль), т.е.е. значительное количество энергии хранится в нем. Это не обязательно означает, что соответствующий молекулы находятся в состоянии высокой энергии. Можно даже сказать, что они в состоянии низкой энергии, так как энергия используется для поддержания облигации. В клетках ферменты участвуют в образовании и разрушении ковалентные связи.


Слабый Взаимодействия

Помимо только что упомянутых прочных ковалентных связей, молекулы образуют также слабые взаимодействия (также называемые дополнительными валентностями) разные дети.Свободная энергия (G) этих взаимодействий находится в диапазоне от -1 до -7 ккал/моль (от -4 до -30 кДж/моль) и, таким образом, только немного сильнее, чем у тепловых молекулярных движений (от -0,7 до -3 кДж/моль). В физиологических условиях слабые взаимодействия непрерывно образуются и снова разрушаются со средним периодом полураспада всего какие-то доли секунды. Ферменты обычно не участвуют в эти процессы.

Молекулы имеют тенденцию развивать сильнейшие взаимодействия возможно в данных условиях.Слабые взаимодействия настолько важно, потому что они складываются и, таким образом, образуют очень прочную молекулу конформации. Вторичная, третичная и четвертичная структуры белки, двойная спираль ДНК, мембранные структуры и сложные внутриклеточные частицы, такие как рибосомы, сохраняются слабыми взаимодействиями. Здесь важна форма реагенты. Чем более комплементарны структуры, тем лучше их подходят, тем больше слабых взаимодействий может образоваться и тем стабильнее результирующая конформация или совокупность.

Ионные взаимодействия. Этот тип взаимодействия, пожалуй, наиболее правильно назвать связью. Его дельта G составляет от -5 до -7 ккал/моль (от -20 до -30 кДж/моль). действующие силы имеют электростатическую природу и развиваются между ионами с противоположными зарядами (катионы и анионы, ионизированные основания и диссоциированные кислоты). Они могут развить значительную силу в неводная среда. Благодаря их существованию, Кристалл Na + Cl , например, имеет очень высокую температура плавления 801С.

Водородные связи. Вода является электростатическим растворителем. Электроны воды молекулы распределены неравномерно, так как они более сильно притягивается атомом кислорода, чем двумя атомами водорода. Электроотрицательные атомы, как и кислород, имеют тенденцию к полярности. и снабжают молекулу направленным дипольным моментом.


ВОДА. Слева: «шар и палка». Становится ясным расположение атомов (красный: кислород, зеленый: водород.На большинстве других изображений Ботаника онлайн , водород дан бирюзовым цветом). В средний: Распределение электронной плотности. Электрон облака соответствуют ван-дер-ваальсову радиусу отдельных атомов. Радиус водорода 1,2 Å, кислорода 1,4 Å. Длина ковалентной связи между О и Н составляет 0,95 Å. Неравномерное распределение заряда вызывает дипольный импульс
Справа: Сплошная модель.


Дипольные свойства воды молекула: Образование гидратной оболочки и ориентация молекул воды в гидратной оболочке зависимости от распределения заряда в гидратированном молекула.- Водородные связи между водой молекулы (ниже)

Направленный дипольный момент вызывает частично ионный характер (из-за к неравномерному распределению заряда внутри молекулы), создавая сродство между отрицательной частью молекулы и положительной часть своего соседа. Такое взаимодействие называется водородной связью. Он ни в коем случае не ограничивается одной только водой, а развивается везде, где небольшой электроотрицательный атом (например, кислород, азот или фтор) и атом водорода, ковалентно связанный с другим электроотрицательным атомы находятся близко друг к другу.Примеры:

-О-Н . . . . О=

= NH . . . . О=С-

-N + H . . . . О=

Макромолекулы могут выделять как меж-, так и внутримолекулярный водород облигации. Они наиболее прочны, если вовлеченные атомы расположены линейно. Сила их взаимодействия резко падает по мере как только появятся углы между пораженными группами.Длина водородных связей зависит от типа вовлеченных групп и между 2,7 и 3,1. Å.

Водородные связи – причина тугоплавкости и кипения точки воды. Форма молекулы и строение слабых взаимодействий обуславливает кристаллическую структуру льда и даже в жидком состоянии существует еще высокая степень порядка с водой молекулы, расположенные в виде мицеллы .

Полярный характер воды отражает ее высокая диэлектрическая проницаемость. постоянная (80 при комнатной температуре).Там написано, что два электрических заряды противоположных знаков притягиваются в воде ровно 1/80 й сила, с которой они будут действовать друг на друга в воздухе или в вакууме. Это объясняет, почему ионы так сильно отделяются друг от друга. легче из-за их кристаллической структуры в воде, чем на воздухе. Таким образом, термически обусловленные молекулярные движения при комнатной температуре достаточно, чтобы преодолеть относительно слабое притяжение ионов внутри кристалла и позволить им диссоциировать в водную Средняя. Молекулы воды проявляют сильную тенденцию к образованию снаряды гидратации .В этом случае, они экранируют ионные заряды и частично нейтрализуют их. Вода молекулы ориентируются в электростатическом поле и таким образом обездвижен.

Вода диссоциирует в незначительной степени с образованием ионов водорода (H + а точнее H 3 0 + ) и гидроксил ионы (OH или H 3 O 2 ), что снова может образовывать ионные связи с другими ионными растворенными веществами.

Аттракцион Ван-дер-Ваальса is термин, используемый для обозначения неспецифического притяжения между двумя атомами, близко друг к другу.Эти взаимодействия зависят от расстояния между соответствующими атомами (или группами атомов, или молекулами). В слишком на близких расстояниях преобладают силы отталкивания (перекрытие электронные оболочки). Энергия аттракционов Ван-дер-Ваальса только немного выше, чем у тепловых молекулярных движений: от -0,7 до -1 ккал/моль (от -3 до -4 кДж/моль). Следовательно, достопримечательности Ван-дер-Ваальса имеют в физиологических условиях только значение, если столько же максимально задействованы атомы молекулы. Они самые сильные, если задействованные молекулярные структуры дополняют друг друга.Ван дер Аттракционы ваальса являются аддитивными и, таким образом, оказывают гораздо большее влияние на макро-, чем на малых молекулах.

Связывание субстрата с ферментом в значительной степени стабилизированы аттракционами Ван-дер-Ваальса. Чем они сильнее, тем выше сродство между ферментом и его субстратом. Энергия 2-3 ккал/моль (8-12 кДж/моль) обычно достаточно, чтобы гарантировать достаточная избирательность. Но фермент, привлекающий энергию, и субстрат не должен быть слишком большим, так как скорость быстрой оборачиваемости достигается только быстрым связыванием и высвобождением субстрата (или сформированный продукт).


© Peter v. Sengbusch — Impressum

Избыток электронов может помочь разрушить сильные химические связи в продуктах, загрязняющих воду — ScienceDaily

Синтетические химические вещества, известные как пер- и полифторалкильные вещества (ПФАВ), содержат связи между атомами углерода и фтора, которые считаются самыми прочными в органической химии. К сожалению, широкое использование этих небиоразлагаемых продуктов с 1940-х годов привело к загрязнению многих источников воды по всей Америке.

Инженеры Калифорнийского университета в Риверсайде в экспериментах по моделированию показали, что использование избыточных электронов разрушает связь углерода и фтора ПФАВ в воде, оставляя побочные продукты, которые могут даже ускорить процесс. Статья опубликована в Physical Chemistry Chemical Physics .

Невосприимчивость к теплу, химическим веществам и физической силе, связь углерода и фтора делает ПФАС повсеместно используемыми в пищевой упаковке, пятно- и водоотталкивающих тканях, полиролях и восках, пенах для пожаротушения, чистящих средствах, коврах и тысячах других распространенных бытовых и промышленных товаров.По оценкам Агентства по охране окружающей среды, большая часть населения подвергалась воздействию ПФАВ, которые со временем накапливаются в организме, потому что эти «вечные химические вещества» не разлагаются биологически.

Шарма Ямияла, научный сотрудник Инженерного колледжа Марлана и Розмари Борнс и первый автор статьи, провела моделирование молекул перфтороктановой кислоты и перфтороктансульфоновой кислоты, наиболее распространенных загрязнителей PFA в окружающей среде, окруженных молекулами воды.Он обнаружил, что они мгновенно теряют свой атом фтора в присутствии избыточных электронов.

Молекулы PFA распались на промежуточные химические соединения, состав которых может еще больше ускорить разложение других молекул PFA. В результате реакции также образовалась молекула фтороводорода. Являются ли эти короткоцепочечные молекулы канцерогенами при типичных концентрациях в воде, еще не установлено.

«В реальном сценарии очистки воды избыточные электроны могут исходить от металлосодержащих соединений, помещенных в воду под воздействием ультрафиолетового излучения.Электроны этих соединений будут взаимодействовать с молекулами PFA и разрушать их», — сказал Ямиджала.

Моделирование в мельчайших деталях описывает процесс, о возможности которого знали ученые.

«Люди знали, что вы можете сделать это, но не знали, почему», — сказал Брайан Вонг, доцент кафедры химической и экологической инженерии и старший автор статьи. «Наши симуляции определяют более широкую картину, которую мы можем уточнить, чтобы найти способы быстрее и эффективнее разрушать PFA в будущем.»

Исследование было поддержано грантами Министерства энергетики США, Управления по науке, премии Программы исследований ранней карьеры № DE-SC0016269 и гранта Национального научного фонда № CHE-1808242.

Источник истории:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом — Риверсайд . Оригинал написан Холли Обер. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Учебник по химии

Учебник по химии

Химические связи и силы притяжения

Молекула — это два или более атомов, связанных химической связью.Молекулы могут содержать различные типы связей. Если атомы делят электроны, тогда связь между ними ковалентная. Если атом отдает электрон другому атому, то между ними существует ионная связь.
Ковалентные связи
Метан имеет четыре ковалентные связи между углеродом (С) и водородом (Н). На рисунке ниже показана молекула метана в четырех разных проекциях. Обратите внимание, как эти разные взгляды по-разному представляют атомы и их связи.Электроотрицательность относится к тенденции атомов связывать электроны. Кислород (0) с электроотрицательностью 3,5 имеет сильное сродство. Водород (H) (2.1) и углерод (C) (2.5) имеют более низкое сродство. Связь между C и H будет иметь почти одинаковое количество электронов. Кислород и водород образуют высокополярную связь из-за гораздо более сильного сродства O к электронам.

Инсулин представляет собой сложную молекулу, называемую белком.Позже мы рассмотрим более простые способы рассмотрения сложных молекул жизни.
Ионные связи
Ионы образуются, когда атомы могут получить стабильную количество электронов, отдавая или приобретая электроны. Например, Na (натрий) может отдавать электрон Cl (хлору), образуя Na + и Cl . Ионная пара удерживается вместе сильным электростатическим притяжением.
Нековалентные связи и другие слабые взаимодействия
Лайнус Полинг, 1946
  • Химическая реактивность молекул – склонность к разрыву и образованию химических связей.
  • Биология молекулы — размер и форма молекул, характер слабых взаимодействий с другими молекулами.
Нековалентные связи и другие слабые взаимодействия важны в биологических структурах.
  • Электростатическая связь (ионная) — результат из-за электростатического притяжения между двумя ионизированными группами противоположного заряда, такими как карбоксильная (-COO ) и амино (-NH 3 + ).В воде эти связи очень слабые.
  • Водородные связи – результат электростатического притяжения между электроотрицательный атом (O или N) и атом водорода, ковалентно связанный со вторым электроотрицательным атомом.
  • N-H —— O=C- -О-Н—— О=С-
  • Связи Ван-дер-Ваальса — это короткодействующие силы притяжения между химическими группами, находящимися в контакте. Вызвано легким смещения заряда.
  • Гидрофобное притяжение – заставляют неполярные группы, такие как углеводородные цепи, связываться друг с другом в водная среда.
  • Множественные слабые связи или силы могут вызывать сильные взаимодействия
  • Биологическое распознавание является результатом трехмерной структуры, которая допускает множественные слабые взаимодействия между молекулами


Биологический проект
Факультет биохимии и молекулярной биофизики
Университет Аризоны
Пересмотрено: 28 января 2003 г.
Связаться с командой разработчиков

http://www.биология.аризона.эду
Авторское право на все содержимое © 1997-2003. Все права защищены.

Нам нужно поговорить об энергии химических связей

Предположим, я беру немного газообразного водорода (H 2 ) и смешиваю его с газообразным кислородом (O 2 ). Что просходит? Ничего. Ничего не произойдет, если вы не добавите немного энергии — возможно, от искры. Добавьте энергию и БУМ: вы получите взрыв, а водород и кислород (некоторые из них) сделают воду (H 2 O).Ясно, что эта реакция высвобождает энергию, но откуда взялась энергия?

Вот удивительно распространенный ответ:

» Энергия хранится в химических связях. Когда вы разрываете связи, вы получаете энергию

Как отмечает Дерек Мюллер (из Veritasium), представление об энергии, хранящейся в химических связях, очень неверно. Чтобы лучше понять энергию химических связей, давайте рассмотрим упрощенную модель.

Модель атомной связи

Когда один атом водорода взаимодействует с другим водородом с образованием молекулярного водорода (H 2 ), происходит много вещей.Тем не менее, одно из фундаментальных взаимодействий связано с электростатической силой между протонами и электронами. Да, квантово-механические эффекты тоже есть, но позвольте мне остановиться на простой модели. В этой модели у меня есть два атома водорода, которые испытывают электрическую силу, притягивающую их. Когда они подходят очень близко, возникает другая сила, отталкивающая два атома. Чтобы все было спокойно, я добавляю силу сопротивления. Вот как это выглядит, когда эти два атома взаимодействуют.

Контент

Этот контент также можно просмотреть на сайте, откуда он взят.

Что вы должны заметить?

  • Между двумя атомами существует сила притяжения.
  • По мере сближения кинетическая энергия двух атомов увеличивается.
  • Есть что-то, что не дает двум атомам врезаться друг в друга.
  • Атомы не продолжают колебаться, потому что теряют энергию (это похоже на нагрев окружающей среды).
  • Атомы водорода желтые (но вы уже должны были это знать).

Если вы хотите представить эту систему с точки зрения энергии, было бы полезно взглянуть на схему потенциальной энергии этих двух атомов водорода.Это будет выглядеть примерно так (просто набросок).

Мы можем представить, что атомы водорода подобны мячу, катящемуся по холму, имеющему форму потенциальной кривой. Вы можете видеть, что он будет увеличивать скорость по мере спуска с холма, а затем замедляться и двигаться назад по мере подъема на «холм». Но вот важный момент: если бы мяч находился в нижней части кривой, вам пришлось бы добавить энергию, чтобы поднять его вверх по склону. Вы должны были бы добавить энергии, чтобы разорвать эту химическую связь.

Откуда берется энергия?

Вернемся к примеру с водородом и кислородом. Если вы запустите эту реакцию, вы действительно получите много энергии. Но эта энергия исходит не от связи водород-водород и не от связи кислород-кислород. Энергия исходит от образования водородно-кислородных связей в воде. Возможно, поможет еще один энергетический набросок. Предположим, я представляю энергию газов и воды следующим образом:

Ассоциативная полоса воды как маркер водородных связей в аморфных матрицах трегалозы

Соответствующая роль остаточной воды в модулировании динамики и структуры белка, матрицы и их сочетания была тщательно изучена в биозащитных матрицах из аморфных сахаридов с помощью экспериментов и моделирования.Чтобы лучше охарактеризовать эту остаточную воду и структуры водородных связей, в которых она участвует, в этой работе проводятся эксперименты по инфракрасной спектроскопии на системах трегалоза-вода. Свойства воды выводятся из изучения специфической инфракрасной полосы, полосы ассоциации воды, которую мы использовали в качестве маркера водородных связей, в которые вовлечена вода. Нашей целью была идентификация популяций молекул воды, которые дают начало различным компонентам, на которые можно легко разложить ассоциативную полосу воды.Отнесение этих компонентов к семействам молекул воды осуществляется путем изучения поведения полос с подходящим использованием солей Хофмейстера, которые, как известно, обладают структурообразующей или разрушающей структуру активностью и, следовательно, способны модифицировать сеть водородных связей, усиливая или угнетает местный порядок. Результаты позволяют отнести почти во всех образцах пять полосовых компонентов либо к хаотропной, либо к космотропной среде, а также определить два из них как объемную или льдоподобную воду.Характеристика различных компонентов позволяет использовать эту полосу в качестве инструмента для углубления знаний о других гидратированных матрицах с низким содержанием воды с помощью нового подхода. Дифференциальный анализ пиковых частот и популяций компонентов в громоздкой системе, содержащей или не содержащей встроенные компоненты или границы раздела (, например, белков, полимеров, поверхностей или даже массивных косолютов), позволяет получить информацию о свойствах водородных связей. которые образуются в исследуемых системах.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.