Site Loader
Posted on 09.05.1976

Содержание

Chemistry of the Cell | Protocol (Translated to Russian)

21.3: Химия клетки

Клетка химически состоит из воды, органических молекул и неорганических ионов.

Вода

Полярность молекулы воды и вытекающее из нее водородное соединение делают воду уникальным веществом с особыми свойствами, тесно связанными с процессами жизни. Жизнь изначально эволюционировала в водной среде, и большая часть клеточной химии и метаболизма организма происходит внутри водного содержимого цитоплазмы клетки. Особыми свойствами воды являются ее высокая теплоемкость и тепло испарения, ее способность растворять полярные молекулы, ее связные и клеевые свойства, а также ее диссоциация на ионы, что приводит к основой рН. Понимание этих характеристик воды помогает прояснить ее важность в поддержании жизни.

Одним из важных свойств воды является то, что она является полярной молекулой: Водород и кислород в молекулах воды (h3O) образуют полярные ковалентные связи. Хотя в молекуле воды нет чистого заряда, полярность воды создает немного положительный заряд на водороде и слегка отрицательный заряд на кислород, способствуя свойствам притяжения воды. Вода генерирует заряды, потому что кислород является более электроотрицательным, чем водород, что делает более вероятным то, что общий электрон будет рядом с кислородным ядром, чем водородное ядро, тем самым порождая частичный отрицательный заряд вблизи кислорода.

В результате полярности воды каждая молекула воды притягивает другие молекулы воды из-за противоположных зарядов между молекулами воды, образуя водородные связи. Вода также притягивает или притягивает другие полярные молекулы и ионы. Полярное вещество, легко взаимодействующее с водой или растворяющееся в воде, является гидрофильным. В отличие от этого, неполярные молекулы, такие как масла и жиры, плохо взаимодействуют с водой. Эти неполярные соединения являются гидрофобными.

Органические молекулы

Белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды — это четыре основных класса биологических макромолекул – большие молекулы, необходимые для жизни, которые строятся из небольших органических молекул. Макромолекулы состоят из единичных единиц, которые ученые называют момерами, которые соединяются ковалентными связями, образуя более крупные полимеры. Полимер больше, чем сумма его частей: Он приобретает новые характеристики и приводит к осмотическому давлению, которое значительно ниже, чем образованное его компонентами. Это важное преимущество в поддержании сотовых осмотических условий. Мономер соединяется с другим мономером с высвобождением молекулы воды, что приводит к формированию ковалентной связи. Ученые называют эти реакции обезвоживания или конденсации. Когда полимеры разбиваются на более мелкие единицы (мономеры), они используют молекулу воды для каждой связи, нарушенной этими реакциями. Такие реакции — реакции гидролиза. Реакции обезвоживания и гидролиза схожи для всех макромолекул, но каждая реакция мономера и полимера специфика для своего класса. Реакции обезвоживания обычно требуют инвестиций энергии для формирования новых связей, в то время как реакции гидролиза обычно высвобождение энергии путем разрыва связей.

Углеводы углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку клеткам растений, грибкам и всем артроподам, включая лобстеров, крабов, креветок, насекомых и пауков. Углеводы можно разделить на моносахариды, дисахариды и полисахариды. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает его немного менее доступным для обмена веществ; однако это предотвращает его утечку из клетки или создает высокое осмотическое давление, которое может привести к поглощению клетки избыточной водой.

Белки

протеины — это класс макромолекул, которые выполняют разнообразные функции клетки. Они помогают в метаболизме, выступая в роли фермента, носителей или гормонов и обеспечивают структурную поддержку. Строительные блоки белков — аминокислоты.

Липиды — это класс макромолекул, которые являются неполярными и гидрофобными по своей природе. К основным типам относятся жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Жиры являются сохраненной формой энергии и также известны как триацилглицерин или триглицериды. Холестерин является разновидностью стероидов и является важным компонентом плазменной мембраны, где он способствует поддержанию текучей примоль мембраны.

Нуклеиновые кислоты нуклеиновые кислоты — это молекулы, состоящие из нуклеотидов, которые направляют клеточную деятельность, например клеточное деление и синтез белка. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК несет генетический образец клетки и передает его от родителей к потомству. РНК участвует в синтезе белков и его регуляции.

Неорганические ионы

Неорганические ионы составляют менее 1% массы клеток, но имеют решающее значение для функционирования клеток. В клетке обнаружены натрий, калий, магний, кальций, фосфат, и хлорид.

Этот текст был адаптирован к Openstax, Biology 2e, Unit 1: The Chemistry of Life.

Литература для дополнительного чтения

Строение молекулы воды | Химия. Шпаргалка, шпора, формула, закон, презентация, ГДЗ, конспект, опыты, тесты, сообщение, реферат, кратко

Молекула воды имеет угловое строение: вхо­дящие в её состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в осно­вании которого находятся два атома водорода, а в вершине — атом кислорода. Межъядерное расстояние O—H близко к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связя­ми H—O—H равен 104,5°. Из октетной оболочки атома кислорода в мо­лекуле воды четыре электрона задействованы в образовании ковалент­ных связей O—H, остальные составляют неподелённые электронные пары:

H:Ö̤:H

Связи O—H являются полярными за счёт более высокой электро­отрицательности кислорода, на котором локализован частичный отри­цательный заряд. На атомах водорода, напротив, создаётся дефицит электронной плотности:

В целом молекула H2O является полярной молекулой, т. е. диполем. Относительная молекулярная масса воды равна 18 и отвечает её простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая в обычных условиях, оказывается более высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация мо­лекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт межмолекулярной водородной связи.

В физике и химии существуют различные точки зрения на водород­ную связь.

В физике ионную, ковалентную и металлическую химиче­ские связи рассматривают как отдель­ные типы связей, тогда как о водород­ной связи как об отдельном типе связи и речи не идёт. Она рассматривается как частный случай межмолекулярного взаимодействия. Её энергия срав­нительно невелика и составляет 4—40 кДж/моль, т. е. эта связь вписыва­ется в энергетическую характеристику межмолекулярных сил.

В химии водородная связь — это не просто отдельный тип связи, а важ­нейший фактор в организации живой материи на планете. С химиками соли­дарны и биологи. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Межмолекулярная водородная связь — это взаимодействие между атомами водорода одной молекулы и атомами фтора, кислорода и азота другой молекулы. Обязательным партнёром в образовании этой связи слу­жит водород, что легко объяснить особенностями строения атомов данного химического элемента (наличие на внешнем, и единственном, уровне единственного электрона, который легко отрывается, превра­щая атом в протон). Партнёры водорода по этому типу связи — фтор, кислород и азот — также имеют особенности строения атомов (боль­шое значение электроотрицательности и наличие неподелённых элек­тронных пар), которые её и обеспечивают.

На этой странице материал по темам:

  • Опишите строение молекулы воды и назовите химическую связь за счет которой

  • Какое строение молекулы воды кратко

  • Особенности строения воды химия

  • Какое строение имеет молекула воды

  • Назовите особенности строения молекул воды из химий

Вопросы по этому материалу:

  • Какое строение у молекулы воды?

  • Назовите химическую связь, за счёт которой образуется молекулы воды.

  • Какая связь считается водородной?

Презентация к уроку химии на тему «Водородная химическая связь»

Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку химии на тему «Водородная химическая связь»»

«Водородная связь»

Автор: Дзагоева Ф.Б.

Преподаватель ГБПОУ ВМТ

Определение

Химическая связь между атомами элемента с высокой электроотрицательностью ( F, O, N и др.) одной молекулы и атомом водорода другой молекулы называют

водородной .

Водородная связь

Межмолекулярная

Внутримолекулярная

Возникает внутри молекулы

Возникает внутри молекулы

Межмолекулярная водородную связь между молекулами воды

Химические связи между атомами водорода и кислорода в молекуле воды ковалентные полярные.

Кислород как более электроотрицательный атом обладает частичным отрицательным зарядом δˉ . Атомы водорода несут частичный положительный заряд δ + . Между атомом водорода одной молекулы и атомом кислорода другой молекулы возникает электростатическое притяжение.

Водородная связь примерно в 10 раз слабее, чем ковалентная полярная, однако ее образование приводит к тому, что молекулы воды сцеплены друг с другом, образуя ассоциации. Если бы водородных связей не было , вода закипала бы при температуре -80 ˚С, а замерзала бы при -100˚С. Земля бы превратилась в безжизненную пустыню.

Межмолекулярная водородную связь между молекулами аммиака

Межмолекулярная водородную связь между молекулами спиртов

Межмолекулярная водородную связь между молекулами карбоновых кислот

Внутримолекулярная водородную связь в молекуле белка и ДНК

Между азотистыми основаниями

по принципу комплементарности:

А ∙∙∙ Т, Ц ∙∙∙ Г

Задания

  • Какая связь называется водородной? Почему она носит такое название? Какими особенностями должны обладать атомы — «портнеры» водорода по этой связи? Приведите примеры веществ с водородной связью.
  • Какое значение имеет вода в технике? Какие свойства воды лежат в основе ее использования в вашей будущей профессии.
  • Какие технологические процессы используют для очистки сточных вод?
  • Приведите примеры приборов и устройств используемых на предприятиях вашего профиля, с цифровой индикацией на жидкокристаллическом экране.

Вода для жизни: 5 молекул и ковалентная связь — OpenLearn — Открытый университет

Ковалентная связь — это один из видов связи, который соединяет атомы вместе. Группа атомов, удерживаемых ковалентными связями, представляет собой молекулу. Наиболее знакомый вам пример — это составная вода: вода состоит из ковалентных молекул, то есть это ковалентное соединение . Вспомните, что содержится в молекулах воды из раздела 2.5.

Вопрос 14

Какие атомы входят в молекулу воды? Как они связаны друг с другом?

Ответ

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, и они связаны ковалентно.(Вернитесь к Рисунку 8.)

До сих пор вы встречали в тексте три других соединения: белок (Рисунок 10), метан (Вопрос 10) и углекислый газ (Вопрос 11). Все они связаны с ковалентными связями и существуют в виде молекул. Вы также встречали некоторые газообразные элементы, которые существуют в виде ковалентных молекул. Газообразный кислород в воздухе существует не в форме отдельных свободных атомов кислорода, а в виде пар атомов кислорода, соединенных ковалентными связями с образованием молекул кислорода. То же самое и с азотом в воздухе: здесь два атома азота соединяются, образуя ковалентную молекулу.(Как отмечалось ранее, очень немногие элементы существуют в виде свободных одиночных атомов.)

Прежде чем продолжить, убедитесь, что вы ясно понимаете три важных момента, касающихся молекул.

Ключевые моменты о молекулах

  1. Могут быть молекулы, которые являются элементами (например, молекула кислорода), и молекулы, которые являются соединениями (например, молекула воды).

  2. Молекулы всегда состоят из двух или более атомов, связанных вместе (например, два атома кислорода соединяются вместе, образуя молекулу кислорода; два атома водорода и один атом кислорода связываются вместе, образуя молекулу воды).

  3. Тип связи в молекулах всегда ковалентный . Если соединение или элемент существует как молекула , связь должна быть ковалентной.

Теперь рассмотрим количество ковалентных связей, которые хотят образовывать разные атомы.

Вопрос 15

Элемент азот существует в виде ковалентной молекулы. Из того, что вы прочитали выше, что находится в молекуле азота?

Ответ

Два атома азота соединены ковалентно.

Вопрос 16

Молекулы азота и молекулы метана ковалентны, но одна из них является элементом, а другая — соединением. Почему один описывается как элемент, а другой как соединение?

Ответ

В молекуле азота участвует только один вид атомов: атомы азота. В молекулу метана входят два типа атомов: углерод и водород.

Вернитесь к рисунку 10. Это всего лишь часть молекулы белка. Напомним, что в молекулу белка входят всего четыре типа атомов: углерод, азот, кислород и водород.Черные линии на рисунке 10 представляют ковалентные связи. Молекула белка всегда очень большая, а пунктирные линии представляют ковалентные связи, идущие к частям молекулы, не показанным на диаграмме. Это может показаться очень сложным, но атомы подчиняются довольно строгим правилам в отношении того, как они соединяются с другими атомами. В частности, почти всегда существует набор номер ковалентных связей, которые может образовывать данный атом.

В оставшейся части этого раздела используются модели некоторых наиболее распространенных атомов, чтобы показать, как более сложные молекулы, такие как белок на рисунке 10, могут быть построены из простых атомов.Это покажет вам, сколько разных видов молекул можно построить из одного и того же набора атомов; короче, из набора Лего химиков!

Начнем с простейшего атома. Вы уже видели, что это водород и что он имеет один протон и один электрон. Водород любит образовывать только одну связь с другим атомом. Визуализировать связь между атомами может быть очень сложно — если, опять же, не использовать модель. На этот раз будут использованы зарисовки различных атомов, несколько похожих на те, что используются в молекуле белка на Рисунке 10, за исключением того, что вместо прямых линий будут использоваться крючки.Таким образом, вы можете представить водород в виде сферы с одним крючком, поскольку он имеет одну связь, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14 Представление атома водорода

При соединении атомов вместе в молекулы «золотое правило» состоит в том, что ни у одного атома не должно быть запасных крючков. Атом водорода сам по себе имеет запасной крючок, и это не допускается.

Вопрос 17

Какую простейшую молекулу могут образовать только атомы водорода? Используйте представления атома водорода, такие как на рисунке 14, чтобы набросать молекулу.

Ответ

Рис. 15 Два представления молекулы водорода: (а) с помощью крючков; (б) с использованием связей (с двумя крючками, перерисованными линией, представляющей одинарную связь)

Водород образует только одну связь с одним другим атомом водорода, как показано на рисунке 15 (а).

Химики обычно проводят связи между различными атомами, образующими молекулы, в виде прямых линий. Это показано для водорода на рисунке 15 (b). Сравнивая (а) и (б), вы можете увидеть, что «два связанных крючка» равны «одной ковалентной связи».

Теперь применим идею построения модели к молекуле воды. У кислорода есть два крючка, как показано на рисунке 16.

Рисунок 16 Представление атома кислорода

Вопрос 18

Нарисуйте представление молекулы воды, но на этот раз оставьте стадию «соединенных крючков» и запишите прямую линии ковалентных связей.

Ответ

Ваш ответ должен выглядеть примерно так, как показано на рисунке 8 (а).

Теперь рассмотрим нечто более сложное, чем молекула водорода или молекула воды.Метан, который используется в бытовом отоплении и приготовлении пищи, представляет собой ковалентное соединение, о котором несколько раз упоминалось ранее. Молекула метана содержит только углерод и водород. Фактически, молекула содержит всего один атом углерода. Атомы углерода имеют четыре крючка, как показано на рисунке 17.

Рисунок 17 Представление атома углерода

Вопрос 19

Используйте модельные атомы водорода (рисунок 14) и углерода (рисунок 17), чтобы получить представление о молекуле метана. .Сколько атомов водорода может быть присоединено к одному атому углерода?

Ответ

Ваша модель должна выглядеть так, как показано на рисунке 18 (а). Каждый из четырех углеродных крючков прикрепляется к водородному крючку, образуя молекулу метана, в которой четыре атома водорода образуют связи с одним атомом углерода. На Фигуре 18 (b) показана та же самая молекула с использованием связей; как и раньше, два соединенных крючка равняются одной ковалентной связи. Рисунок 18 (c) иллюстрирует шарообразную модель метана.

Обратите внимание, что метан не является плоской молекулой — он описывается как тетраэдрическая по форме, как показано в модели шара и палки (рис. 18 (c)).(Четыре атома водорода образуют четыре угла тетраэдра с атомом углерода в центре.) Однако это трудно изобразить, поэтому химики часто неточно изображают трехмерные формы молекул в письменных изображениях.

Рис. 18 Модели молекулы метана: (а) с помощью крючков; (б) с использованием облигаций; (c) с помощью шаровой ручки модели

Попробуйте другой пример: двуокись углерода. Это молекула, образующаяся при сжигании углерода (в угле, дереве или масле) и при выдыхании человека или животных.Название соединения иногда дает полезную информацию. В этом случае «ди» перед оксидом диоксида говорит вам, что в молекуле два атома кислорода. Молекула углекислого газа демонстрирует еще одну особенность связи между атомами.

Вопрос 20

Сколько связей образует углерод? При необходимости вернитесь к Рисунку 17.

Ответ

Углерод образует четыре связи.

Вопрос 21

Сколько связей может образовывать кислород? При необходимости вернитесь к Рисунку 16.

Ответ

Кислород образует две связи.

Итак, как в этом случае один атом углерода связан с двумя атомами кислорода? Представьте себе, что все крючки, торчащие из сфер атомов углерода и кислорода, гибкие. Попробуйте соединить их вместе, чтобы не было неудовлетворенных зацепов.

Единственный способ использования всех углеродных крючков — это (i) для соединения двух крючков одного атома кислорода с двумя из четырех крючков атома углерода и (ii) второго атома кислорода с таким же образом соединяются с двумя оставшимися крючками атома углерода.Молекула представлена ​​на рисунке 19 (а).

Рис. 19 Молекула углекислого газа: (а) с помощью крючков; (б) с использованием облигаций; (c) с использованием шаровой модели

Этот тип эскиза довольно неуклюжий, и химики предпочитают представлять связи, как показано на рисунке 19 (b). Когда атомы связываются так, как показано на этом рисунке, образующиеся связи называются двойными связями, в отличие от одинарных связей, таких как те, которые образуются в молекулах метана и воды. Вернитесь к рисунку 10 — часть белковой молекулы.Вертикальные «двойные линии» между атомами углерода и атомами кислорода представляют собой двойные связи углерод-кислород.

Вполне возможно иметь другие молекулы, в которых атомы углерода соединены с атомами углерода двойными связями — как показано в примере на рисунке 20. ( Примечание : у химиков есть специальное название для соединений, содержащих углерод-углерод. двойные связи.Они описываются как ненасыщенные соединения или иногда как ненасыщенные соединения . Если таких двойных связей в молекуле несколько, их часто называют полиненасыщенными , где «поли» просто означает «много».Возможно, вы слышали термин в таких выражениях, как «высокое содержание полиненасыщенных веществ», используемых для описания определенных маргаринов и спредов.)

Рис. 20 Двойная связь углерод-углерод в молекуле этена: (а) с использованием связей; (б) с использованием шаровой модели

. Число ковалентных связей, которые обычно образуются водородом, углеродом, азотом и кислородом (четыре атома, присутствующие в молекулах белка), сведено в Таблицу 4. Чтобы расширить ваш ‘ химия Lego set ‘немного дальше, в таблицу были добавлены два других элемента, а именно сера и хлор.

Таблица 4 Обычное количество ковалентных связей, образованных шестью элементами

азот
Элемент Обычное количество связей
водород 1
углерод 4
кислород 2
сера 2
хлор 1

Вы можете запомнить эту таблицу.

В заключение этого раздела, посвященного ковалентным связям, важно помнить, что на самом деле атомы удерживают вместе не крючки! Из рисунка 12 вы узнали, что ядро ​​каждого атома окружено электронами. Когда два атома связываются ковалентно, некоторые из этих электронов на делятся между ними на . Идея «совместного использования электронов» в ковалентных связях является важной в химии.

Вопрос 14

Используя информацию в таблице 4, какие из следующих молекул могут существовать в виде ковалентных молекул?

(а) один атом серы и два атома водорода;

(b) один атом азота и три атома водорода;

(c) Один атом углерода и пять атомов хлора.

Ответ

(a) и (b), вероятно, существуют, и на самом деле действительно существуют в виде ковалентных соединений; (c) маловероятно, поскольку углерод образует четыре, а не пять ковалентных связей.

2.2 Химические связи — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните взаимосвязь между молекулами и соединениями
  • Различают ионы, катионы и анионы
  • Определите ключевое различие между ионными и ковалентными связями
  • Различают неполярные и полярные ковалентные связи
  • Объясните, как молекулы воды связаны водородными связями

Атомы, разделенные большим расстоянием, не могут связываться; скорее, они должны подойти достаточно близко, чтобы электроны в их валентных оболочках могли взаимодействовать.Но действительно ли атомы касаются друг друга? Большинство физиков сказали бы нет, потому что отрицательно заряженные электроны в их валентных оболочках отталкиваются друг от друга. Никакая сила внутри человеческого тела — или где-либо в мире природы — не является достаточно сильной, чтобы преодолеть это электрическое отталкивание. Поэтому, когда вы читаете об атомах, которые соединяются или сталкиваются, имейте в виду, что атомы не сливаются в физическом смысле.

Вместо этого атомы соединяются, образуя химическую связь. Связь — это слабое или сильное электрическое притяжение, которое удерживает атомы в одном месте.Новая группа обычно более стабильна — с меньшей вероятностью снова вступит в реакцию — чем составляющие ее атомы, когда они были разделены. Более или менее стабильная группа из двух или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями, называется молекулой . Связанные атомы могут быть одного и того же элемента, как в случае h3, который называется молекулярным водородом или газообразным водородом. Когда молекула состоит из двух или более атомов разных элементов, она называется химическим соединением . Единица воды, или h3O, представляет собой соединение, как и отдельная молекула газа метана, или Ch5.

Три типа химических связей важны в физиологии человека, потому что они удерживают вместе вещества, которые используются организмом для критических аспектов гомеостаза, передачи сигналов и производства энергии, и это лишь несколько важных процессов. Это ионные связи, ковалентные связи и водородные связи.

Ионы и ионные связи

Напомним, что в атоме обычно одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов. Пока сохраняется эта ситуация, атом электрически нейтрален.Когда атом участвует в химической реакции, которая приводит к передаче или принятию одного или нескольких электронов, атом становится положительно или отрицательно заряженным. Это часто случается с большинством атомов, чтобы иметь полную валентную оболочку, как описано ранее. Это может происходить либо путем получения электронов для заполнения оболочки, заполненной более чем наполовину, либо путем передачи электронов для опустошения оболочки, заполненной менее чем наполовину, тем самым оставляя следующую меньшую электронную оболочку в качестве новой, полной валентности. оболочка.Атом, имеющий электрический заряд — положительный или отрицательный — это ион .

Внешний веб-сайт

Посетите этот веб-сайт, чтобы узнать об электрической энергии и притяжении / отталкивании зарядов. Что происходит с заряженным электроскопом, когда проводник перемещается между пластиковыми пластинами и почему?

Калий (K), например, является важным элементом во всех клетках организма. Его атомный номер 19, и он имеет только один электрон на валентной оболочке. Эта характеристика делает калий весьма вероятным для участия в химических реакциях, в которых он отдает один электрон (калию легче отдать один электрон, чем получить семь электронов).Потеря приведет к тому, что положительный заряд протонов калия будет иметь большее влияние, чем отрицательный заряд электронов калия. Другими словами, полученный ион калия будет слегка положительным. Ион калия обозначается K + , что указывает на то, что он потерял один электрон. Положительно заряженный ион известен как катион .

Теперь рассмотрим фтор (F), компонент костей и зубов. Его атомный номер девять, и он имеет семь электронов в валентной оболочке.Таким образом, высока вероятность связывания с другими атомами таким образом, что фтор принимает один электрон (фтору легче получить один электрон, чем отдать семь электронов). Когда это произойдет, количество его электронов будет на единицу больше, чем протонов, и он будет иметь общий отрицательный заряд. Ионизированная форма фтора называется фторидом и обозначается как F — . Отрицательно заряженный ион известен как анион .

Атомы, которые должны отдать или принять более одного электрона, в конечном итоге будут иметь более сильный положительный или отрицательный заряд.Катион, который подарил два электрона, имеет чистый заряд +2. На примере магния (Mg) это можно записать как Mg ++ или Mg 2+ . Анион, который принял два электрона, имеет чистый заряд –2. Ионная форма селена (Se), например, обычно обозначается как Se 2–.

Противоположные заряды катионов и анионов создают умеренно сильное взаимное притяжение, которое удерживает атомы в непосредственной близости, образуя ионную связь. Ионная связь представляет собой постоянную тесную ассоциацию между ионами противоположного заряда.Поваренная соль, которую вы добавляете в пищу, обязана своим существованием ионной связи. Как показано на рисунке 2.2.1, натрий обычно отдает электрон хлору, превращаясь в катион Na +. Когда хлор принимает электрон, он становится хлорид-анионом, Cl — . Обладая противоположными зарядами, эти два иона сильно притягиваются друг к другу.

Рис. 2.2.1. Ионная связь: (a) Натрий легко отдает одиночный электрон в своей валентной оболочке хлору, которому нужен только один электрон, чтобы иметь полную валентную оболочку.(b) Противоположные электрические заряды образующихся катиона натрия и аниона хлорида приводят к образованию связи притяжения, называемой ионной связью. (c) Привлечение большого количества ионов натрия и хлора приводит к образованию больших групп, называемых кристаллами.

Вода — важный компонент жизни, потому что она способна разрывать ионные связи в солях, освобождая ионы. Фактически, в биологических жидкостях большинство отдельных атомов существует в виде ионов. Эти растворенные ионы производят электрические заряды в теле.Поведение этих ионов позволяет отслеживать работу сердца и мозга в виде волн на электрокардиограмме (ЭКГ или ЭКГ) или электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Электрическая активность, возникающая в результате взаимодействия заряженных ионов, является причиной того, что их также называют электролитами.

Ковалентные связи

В отличие от ионных связей, образованных притяжением между положительным зарядом катиона и отрицательным зарядом аниона, молекулы, образованные ковалентной связью , разделяют электроны во взаимно стабилизирующем соотношении.Как и у ближайших соседей, дети которых сначала проводят в одном доме, а затем в другом, атомы не теряют и не приобретают электроны навсегда. Вместо этого электроны движутся вперед и назад между элементами. Из-за близкого распределения пар электронов (по одному электрону от каждого из двух атомов) ковалентные связи сильнее ионных.

Неполярные ковалентные связи

На рис. 2.2.2 показано несколько распространенных типов ковалентных связей. Обратите внимание, что два ковалентно связанных атома обычно разделяют только одну или две пары электронов, хотя возможны и более крупные разделения.Важная концепция, которую следует извлечь из этого, заключается в том, что в ковалентных связях электроны во внешней валентной оболочке используются совместно, чтобы заполнить валентные оболочки обоих атомов, в конечном итоге стабилизируя оба вовлеченных атома. В одинарной ковалентной связи один электрон используется совместно двумя атомами, в то время как в двойной ковалентной связи две пары электронов используются совместно двумя атомами. Есть даже тройные ковалентные связи, в которых разделяются три атома.

Рисунок 2.2.2 Ковалентное связывание

Вы можете видеть, что ковалентные связи, показанные на рисунке 2.2.2 сбалансированы. Доля отрицательных электронов относительно одинакова, как и электрическое притяжение положительных протонов в ядрах участвующих атомов. Вот почему ковалентно связанные молекулы, которые электрически сбалансированы таким образом, описываются как неполярные; то есть ни один участок молекулы не является более положительным или отрицательным, чем любой другой.

Полярные ковалентные связи

Группы законодателей с совершенно противоположными взглядами на конкретный вопрос часто описываются новостными авторами как «поляризованные».В химии полярная молекула — это молекула, которая содержит области с противоположными электрическими зарядами. Полярные молекулы возникают, когда атомы делят электроны неравномерно, в полярных ковалентных связях.

Самый известный пример полярной молекулы — вода (рис. 2.2.3). Молекула состоит из трех частей: один атом кислорода, ядро ​​которого содержит восемь протонов, и два атома водорода, каждое из ядер которых содержит только один протон. Поскольку каждый протон обладает одинаковым положительным зарядом, ядро, содержащее восемь протонов, имеет заряд в восемь раз больше, чем ядро, содержащее один протон.Это означает, что отрицательно заряженные электроны, присутствующие в молекуле воды, сильнее притягиваются к ядру кислорода, чем к ядрам водорода. Таким образом, единственный отрицательный электрон каждого атома водорода мигрирует к атому кислорода, делая кислородный конец их связи немного более отрицательным, чем водородный конец их связи.

Рисунок 2.2.3 Полярные ковалентные связи в молекуле воды

То, что верно для связей, верно и для молекулы воды в целом; то есть область кислорода имеет слегка отрицательный заряд, а области атомов водорода имеют слегка положительный заряд.Эти заряды часто называют «частичными зарядами», потому что сила заряда меньше одного полного электрона, как в ионной связи. Как показано на рисунке 2.2.3, области слабой полярности обозначены греческой буквой дельта (∂) и знаком плюс (+) или минус (-).

Несмотря на то, что отдельная молекула воды невообразимо крошечная, она имеет массу, и противоположные электрические заряды на молекуле притягивают эту массу таким образом, что она создает форму, напоминающую треугольную палатку (см.Рисунок 2.2.3 b ). Этот диполь, с положительным зарядом на одном конце, образованном атомами водорода на «дне» палатки, и отрицательным зарядом на противоположном конце (атом кислорода на «вершине» палатки) делает заряженные области очень вероятными. взаимодействовать с заряженными областями других полярных молекул. Для физиологии человека образующаяся связь, образованная водой, является одной из самых важных — водородной связью.

Водородные связи

Водородная связь образуется, когда слабо положительный атом водорода, уже связанный с одним электроотрицательным атомом (например, кислород в молекуле воды), притягивается к другому электроотрицательному атому другой молекулы.Другими словами, водородные связи всегда включают водород, который уже является частью полярной молекулы.

Самый распространенный пример водородной связи в мире природы происходит между молекулами воды. Это происходит у вас на глазах, когда две капли дождя сливаются в большую бусину или ручей впадает в реку. Водородная связь возникает из-за того, что слабоотрицательный атом кислорода в одной молекуле воды притягивается к слабоположительным атомам водорода двух других молекул воды (рис. 2.2.4).

Рисунок 2.2.4 — Водородные связи между молекулами воды: Обратите внимание, что связи возникают между слабо положительным зарядом на атомах водорода и слабо отрицательным зарядом на атомах кислорода. Водородные связи относительно слабые и поэтому обозначены пунктирной (а не сплошной) линией.

Обратите внимание, что связи возникают между слабо положительным зарядом атомов водорода и слабо отрицательным зарядом атомов кислорода. Водородные связи относительно слабые и поэтому обозначены пунктирной (а не сплошной) линией.

Молекулы воды также сильно притягивают другие типы заряженных молекул, а также ионы. Это объясняет, почему, например, «поваренная соль» на самом деле представляет собой молекулу, называемую в химии «солью»; он состоит из равного количества положительно заряженного натрия (Na + ) и отрицательно заряженного хлорида (Cl — ), так легко растворяется в воде, в данном случае образуя диполь-ионные связи между водой и электрически заряженные ионы (электролиты). Молекулы воды также отталкивают молекулы с неполярными ковалентными связями, такие как жиры, липиды и масла.Вы можете продемонстрировать это с помощью простого кухонного эксперимента: налейте чайную ложку растительного масла, соединения, образованного неполярными ковалентными связями, в стакан с водой. Вместо того, чтобы мгновенно растворяться в воде, масло образует четкую гранулу, потому что полярные молекулы воды отталкивают неполярное масло.

Обзор главы

В каждый момент жизни атомы кислорода, углерода, водорода и других элементов человеческого тела создают и разрывают химические связи. Ионы — это заряженные атомы, которые образуются, когда атом отдает или принимает один или несколько отрицательно заряженных электронов.Катионы (ионы с положительным зарядом) притягиваются к анионам (ионам с отрицательным зарядом). Это притяжение называется ионной связью. В ковалентных связях участвующие атомы не теряют и не приобретают электроны, а делятся ими. Молекулы с неполярными ковалентными связями электрически сбалансированы и имеют линейную трехмерную форму. Молекулы с полярными ковалентными связями имеют «полюса» — области со слабоположительным и отрицательным зарядом — и имеют трехмерную треугольную форму. Атом кислорода и два атома водорода образуют молекулы воды посредством полярных ковалентных связей.Водородные связи связывают атомы водорода, уже участвующие в полярных ковалентных связях, с анионами или электроотрицательными областями других полярных молекул. Водородные связи связывают молекулы воды, в результате чего вода приобретает важные для живых существ свойства.

Вопросы по интерактивной ссылке

Посетите этот веб-сайт, чтобы узнать об электрической энергии и притяжении / отталкивании зарядов. Что происходит с заряженным электроскопом, когда проводник перемещается между пластиковыми пластинами и почему?

Пластиковые листы прыгают на гвоздь (проводник), потому что проводник принимает электроны от электроскопа, уменьшая силу отталкивания двух листов.

Контрольные вопросы

Вопросы критического мышления

Объясните, почему Ch5 — одна из самых распространенных молекул, встречающихся в природе. Связи между атомами ионные или ковалентные?

У атома углерода четыре электрона в валентной оболочке. Согласно правилу октетов, он будет легко участвовать в химических реакциях, в результате которых его валентная оболочка будет иметь восемь электронов.Водород с одним электроном завершит свою валентную оболочку двумя. Совместное использование электронов между атомом углерода и четырьмя атомами водорода отвечает требованиям всех атомов. Связи ковалентны, потому что электроны разделены. Хотя водород часто участвует в ионных связях, углерод — нет, потому что маловероятно отдавать или принимать четыре электрона.

Однажды в спешке вы просто ополоснете посуду для обеда водой. Когда вы сушите салатник, вы замечаете, что на нем все еще есть маслянистая пленка.Почему вода была неэффективна для очистки чаши?

Вода — полярная молекула. Он имеет область слабого положительного заряда и область слабого отрицательного заряда. Эти области притягиваются как к ионам, так и к другим полярным молекулам. Масла неполярны и отталкиваются водой.

Могут ли два атома кислорода вступать в ионную связь? Почему или почему нет?

Одинаковые атомы имеют одинаковую электроотрицательность и не могут образовывать ионные связи. Кислород, например, имеет шесть электронов в валентной оболочке.Ни передача, ни принятие электронов валентной оболочки другого не приведет к тому, что атомы кислорода завершат свои валентные оболочки. Два атома одного и того же элемента всегда образуют ковалентные связи.

Химия воды | Aqua Health Products

В этом разделе представлены некоторые основные понятия о химическом составе воды, объясненные очень простыми словами, и предназначены для любознательных умов, которые хотят лучше понять науку, лежащую в основе ионизации воды на молекулярном уровне.

Строение атомов и молекул

Атом состоит из положительно заряженных протонов, электрически нейтральных нейтронов и отрицательно заряженных электронов.В центре атома нейтроны и протоны остаются вместе, образуя ядро ​​или ядро ​​атома. Электроны вращаются вокруг ядра атома по трехмерным орбитам или оболочкам.

Для стабильности каждой из этих молекулярных орбит требуется определенное количество электронов. Ближайшая к ядру внутренняя орбита должна содержать 2 электрона, чтобы быть стабильной. Вторая орбита должна содержать 8 электронов, чтобы быть стабильной. Каждая последующая орбита для атомов, содержащих более 10 протонов и электронов, также требует, чтобы заранее определенное количество электронов было стабильным.Но кроме инертных газов, таких как гелий, неон и аргон, на самой внешней орбите большинства атомов для стабильности отсутствует один или несколько электронов.

Чтобы достичь состояния стабильности, атомы связываются вместе, образуя молекулы, разделяя свои валентные электроны или электроны, составляющие внешнюю оболочку. Это совместное использование может быть достигнуто посредством ковалентного связывания, как описано ниже.

Ковалентная связь молекулы воды

Ковалентная связь — это форма химической связи между двумя неметаллическими атомами, такими как водород и кислород, которая характеризуется разделением пар электронов между двумя или более атомами.Для стабилизации они делятся своими валентными электронами с другими атомами.

Молекула воды является примером молекулы, созданной ковалентной связью. Вода состоит из одного атома кислорода и 2 атомов водорода, отсюда химический символ H 2 O.

Атом водорода состоит из 1 протона в его ядре и 1 электрона, который вращается вокруг ядра в трехмерном пространстве. орбита. Атом кислорода состоит из 8 протонов и 8 нейтронов в его ядре и 8 электронов, которые вращаются вокруг ядра по 2 отдельным трехмерным орбитам.Внутренняя орбита содержит 2 электрона, тогда как внешняя орбита содержит 6 электронов.

Однако и атом водорода, и атом кислорода нестабильны, когда они находятся поодиночке. Чтобы быть стабильным, атом водорода должен содержать 2 электрона в своей оболочке, а атом кислорода должен содержать 8 электронов на своей внешней оболочке. Чтобы достичь этого состояния стабильности, атомы водорода и кислорода создают ковалентные связи друг с другом, как показано на диаграмме справа.

Просмотрите этот видеоролик, в котором объясняется ковалентная связь.

Полярность молекул воды

В молекуле воды два атома водорода ковалентно связаны с атомом кислорода.Но поскольку атом кислорода больше, чем атом водорода, его притяжение для электронов водорода соответственно больше, поэтому электроны притягиваются ближе к орбите большего атома кислорода и удаляются от орбит водорода. Это означает, что хотя молекула воды в целом стабильна, большая масса ядра кислорода имеет тенденцию втягивать все электроны в молекуле, включая общие электроны водорода, придавая кислородной части молекулы небольшой электроотрицательный заряд.

Орбиты атомов водорода, поскольку их электроны расположены ближе к кислороду, приобретают небольшой электроположительный заряд. Это означает, что молекулы воды имеют тенденцию образовывать слабые связи с другими молекулами воды, потому что кислородный конец молекулы отрицательный, а концы водорода положительные.

Атом водорода, оставаясь ковалентно связанным с кислородом своей молекулы, может образовывать слабую связь с кислородом другой молекулы. Точно так же кислородный конец молекулы может образовывать слабое соединение с водородными концами других молекул.Поскольку молекулы воды имеют такую ​​полярность, вода представляет собой непрерывный химический объект.

Эти слабые связи играют решающую роль в стабилизации формы многих крупных молекул живого вещества. Поскольку эти связи слабые, они легко разрушаются и повторно образуются во время нормальных физиологических реакций. Разборка и перестановка таких слабых связей — это, по сути, химия жизни.

Вода, универсальный растворитель

Вода является универсальным растворителем из-за выраженной полярности молекул воды и их тенденции к образованию водородных связей с другими молекулами.Чтобы проиллюстрировать способность воды расщеплять другие вещества, рассмотрим простой пример добавления небольшого количества поваренной соли в стакан с водой.

Поваренная соль, также известная под своим химическим названием хлорид натрия [NaCl], является примером ионного соединения, что означает, что один из задействованных атомов украл валентный электрон у другого. В этом случае атом хлора [Cl] украл электрон у атома натрия [Na], что привело к образованию электроотрицательного иона хлорида [Cl-] и электроположительного иона натрия [Na +].Два иона связаны друг с другом из-за притяжения противоположных зарядов.

Просмотрите этот видеоролик, чтобы лучше понять ионные связи.

После того, как соль помещена в воду, ионная связь между ионами натрия и хлора разрывается из-за конкурентного действия молекул воды, количество которых превышает количество молекул соли. Электроотрицательный кислородный полюс молекулы воды притягивается к положительно заряженным ионам натрия [Na +], а электроположительный водородный полюс молекулы воды притягивается к отрицательно заряженным ионам хлорида [Cl-].

Просмотрите это видео-анимацию растворения соли в воде

Как и в случае с поваренной солью, вода обладает способностью растворять многие нежелательные вещества, которые накопились в нашем организме с течением времени, такие как твердые отходы и токсины, и смывать их выводят через естественные каналы выведения из организма, такие как легкие, толстая кишка, почки, печень и кожа.

Назад к НАУКЕ

Узнайте, как работает ионизатор

Узнайте о pH и ОВП

«Валентность и молекулярная структура», лекция 3.Видеоклип: Лекция 3, часть 8. (5:45)

Линус Полинг: Итак, почему же лед имеет меньшую плотность, чем вода; что лед плавает? Мы можем сказать, почему в мире образуется лед, как он есть сейчас, когда Земля является собственно землей, расстояние как оно от солнца? Это еще одна особенность воды. Если мы рассмотрим wat-, сравните воду, сероводород, селенид водорода, теллурид водорода, водородные соединения элементов этой шестой группы периодической таблицы, мы видим что селенид водорода, теллурид водорода, селенид водорода, сероводород являются газы при комнатной температуре, и они, точки кипения, снижаются таким образом что путем экстраполяции мы могли бы предсказать для воды точку кипения примерно минус один сто градусов по Цельсию, а не плюс сто градусов по Цельсию.

Именно тот факт, что водородные связи образуются между молекулами воды, вызывает вода должна иметь такую ​​высокую температуру кипения и плавления по сравнению с другими веществами с той же молекулярной массой.

Водородная связь в воде — это взаимодействие. Взаимодействие протона воды молекула, атом водорода молекулы воды, с неподеленной электронной парой другая молекула воды.И каждая молекула воды может образовывать четыре таких водородных связи. Здесь водородная связь может быть образована с использованием протона другого атома кислорода, другого атома кислорода. молекула воды, здесь тоже, а здесь водородная связь, использующая протон этого кислорода атом.

Для образования водородной связи должна быть доступна электронная пара, неподеленная электронная пара одного атома и водород, присоединенный к другому атому, который является достаточно электроотрицательным, так что на водороде есть некоторый положительный заряд. атом.Структуру водородной связи можно рассматривать как частично электростатическую. притяжение протона, когда у нас есть, считая, связь ионная, это примерно тридцать процентов ионных, а электронная пара, частично, образование слабой ковалентной связь между этой парой электронов и протоном, когда эта пара электронов не участвует в склеивании.

Эта модель показывает структуру льда, определенную с помощью дифракции рентгеновских лучей.Здесь атомы кислорода расположены аналогично расположению, а не идентичны с, но напоминающим расположение атомов углерода в алмазе. Этот атом кислорода окружен четырьмя другими атомами кислорода по углам тетраэдра. Он образует четыре водорода связи, две с использованием собственных водородов, две с использованием атомов водорода соседней воды молекулы.

Самая плотная упаковка молекул воды будет включать в себя двенадцать лигантов на каждый кислород.Здесь у нас есть только лигансия четыре, и это связано с низким значением лигансии четыре. что эта структура, структура льда, соответствует низкой плотности.

Энергия водородной связи, O-H-O, во льду и воде, еще есть водород. связей в жидкой воде примерно на три четверти меньше, чем во льду. Энергия о пять килокалорий на моль водородных связей, то есть примерно десять килокалорий на моль молекул воды.Именно эта дополнительная стабилизация жидкой воды и кристаллической воды дает начало до высокой температуры плавления и кипения вещества, и, конечно же, водород Связка отвечает также за многие другие свойства, характерные свойства, такие как как очень высокая диэлектрическая проницаемость воды. Только самые электроотрицательные атомы образуют водородные связи: фтор, кислород и азот.

Человеческое тело состоит в основном из соединений фтора, а не фтора и азота. и кислород, и углерод и водород, и многие из этих молекул взаимодействуют с одним другой — за счет образования водородных связей. Я считаю, что в нашем понимании структуры молекул, химической валентности, включая такие слабые взаимодействия как водородная связь, становится все более обширной и точной по мере того, как мы получить знания о молекулярной структуре человеческого тела, мы сможем делать все больше и больше в области биологии и медицины, и что это аспект химии, структурная химия, будут найдены, обеспечивают основу за значительный вклад в благополучие человека, в человеческое счастье.

Водородная связь — EteRNA WiKi

Водородная связь — это сила притяжения между водородом, присоединенным к электроотрицательному атому одной молекулы, и электроотрицательному атому другой молекулы. Обычно электроотрицательный атом — это кислород, азот или фтор, который имеет частичный отрицательный заряд. Тогда водород имеет частичный положительный заряд. Не следует путать с ковалентной связью. Это не настоящая связь, а особенно сильная диполь-дипольная сила.Водородная связь сильнее ван-дер-ваальсова взаимодействия, но слабее ковалентных или ионных связей.

Водородные связи в воде

Самый распространенный и, возможно, самый простой пример водородной связи обнаруживается между молекулами воды. В дискретной молекуле воды есть два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды могут образовывать между собой водородную связь; Простейший случай, когда присутствуют только две молекулы, называется димером воды и часто используется в качестве модельной системы.Когда присутствует больше молекул, как в случае с жидкой водой, возможно больше связей, потому что кислород одной молекулы воды имеет две неподеленные пары электронов, каждая из которых может образовывать водородную связь с водородом на другой молекуле воды. Это может повторяться так, что каждая молекула воды связана водородными связями с четырьмя другими молекулами, как показано на рисунке (две через две неподеленные пары и две через два атома водорода). Водородная связь сильно влияет на кристаллическую структуру льда, помогая создать открытую гексагональную решетку.Плотность льда меньше плотности воды при той же температуре; таким образом, твердая фаза воды плавает на жидкости, в отличие от большинства других веществ. Высокая температура кипения жидкой воды обусловлена ​​большим количеством водородных связей, которые может образовывать каждая молекула, по сравнению с ее низкой молекулярной массой. Из-за сложности разрыва этих связей вода имеет очень высокую температуру кипения, точку плавления и вязкость по сравнению с аналогичными жидкостями, не связанными водородными связями. Вода уникальна, потому что ее атом кислорода состоит из двух неподеленных пар и двух атомов водорода, а это означает, что общее количество связей в молекуле воды достигает четырех.Например, фтористый водород, который имеет три неподеленные пары на атоме F, но только один атом H, может образовывать только две связи; (У аммиака противоположная проблема: три атома водорода, но только одна неподеленная пара). Модель водородных связей (1) между молекулами воды

Водородные связи в нуклеиновых кислотах

В РНК водородные связи встречаются во всех формах спаривания оснований, в канонических связях Уотсона-Крика, как показано на рисунке справа, в колебательных связях GU, в неканонических связях, а также во многих других мотивах и третичных взаимодействиях. такие как базовые тройки, квадруплексы, мотивы ля минор и рибозные молнии.

Преподавание водородной связи

Водородные связи: определение, типы и образование

Химические связи IV: Водород

job.school — школа вакансий