5. Водородная связь

Водородная связь осуществляется через атомы водорода, соединенные с атомами кислорода, фтора и азота, реже – хлора и серы. Наличием водородной связи (водородных мостиков) объясняется соединение однородных молекул друг с другом с образованием более сложных молекулярных агрегатов, а также соединение разнородных молекул, например, воды и спирта в растворе. Атомы кислорода, фтора, азота, ковалентно связанные в молекулах с атомами водорода, сильно стягивают на себя общую с водородом электронную пару. В результате атомы водорода остаются в виде ядер-протонов, почти лишенных электронной оболочки. Поэтому они, сохраняя связи в молекулах с атомами указанных выше элементов, электростатически притягивают атомы , входящие в состав других молекул и имеющие более плотную электронную оболочку. У атома водорода появляется как бы вторая (побочная) валентность.

Рис.1.3.Водородная связь.(Объяснение в тексте).

По сравнению с ковалентной и ионной эта связь гораздо менее прочная, но она достаточна для создания молекулярных агрегатов в твердых телах, жидкостях, а иногда даже в парах.

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СВЯЗИ

К межмолекулярным (ван-дер-ваальсовым) связям относятся ориентационные, индукционные и дисперсионные взаимодействия.

Ван-дер-ваальсовы силы действуют между нейтральными молекулами. Энергия связи, соответствующая им, значительно меньше энергии химической связи. Ван-дер-Ваальсовы силы действуют на больших расстояниях ( 1нм), чем химические ( 0,1нм).

1. Ориентационная связь

Ориентационная (дипольная) связь образуется между двумя полярными молекулами – диполями (рис.1.5). Сила притяжения между двумя диполями максимальна в том случае, когда дипольные моменты располагаются вдоль одной линии

r

Рис.1.5.Ориентационная (дипольная) связь.

При этом силы притяжения между зарядами  +q₁ и -q₂ преобладают над силами отталкивания зарядов +q₁ и +q₂, -q₁ и –q₂ (вследствие того, что кулоновские силы электростатического взаимодействия обратно пропорциональны квадрату расстояния).

Диполи стремятся ориентироваться так, чтобы силы притяжения между ними были максимальны. Тепловое движение молекул разориентирует диполи. Возможны их самые различные взаимные ориентации. Но в среднем между диполями действуют силы притяжения, поскольку самая большая вероятность ориентации, соответствует наибольшей силе взаимодействия и наименьшей энергии связи.

С повышением температуры хаотическое тепловое движение становится более интенсивным и межмолекулярная связь ослабевает.

Потенциальная энергия ориентационного взаимодействия

а сила взаимодействия

то есть убывает с расстоянием значительно быстрее, чем кулоновская сила.

3. Индукционная связь

Индукционная связь образуется в том случае, когда одна из молекул полярная, а другая неполярная. В неполярной молекуле под действием электрического поля полярной молекулы положительные и отрицательные заряды смещаются относительно друг друга. И таким образом неполярная молекула становится полярной – в ней индуцируется дипольный момент. Происходит электрическое взаимодействие «жесткого» и «упругого» диполей.

Потенциальная энергия индукционной связи

(1.7)

,

а сила

. Индукционная связь отличается большей устойчивостью при повышенных температурах, чем дипольная. Ориентация индукционного диполя практически без запаздывания изменяется в соответствии с изменением ориентации жёсткого диполя. (Это объясняется тем, что период обращения электрона вокруг ядра (10^-16) несравнимо меньше периода теплового колебания молекул (10^-7 – 10^-12с ).