§3 Ионная связь, ее возникновение. Особенности ионной связи.

При взаимодействии атомов, сильно отличающихся по электроотрицательности, общая пара электронов может быть практически полностью смещена к более электроотрицательному атому, превращая его в отрицательный ион. Другой атом в этом случае превращается в положительный ион. Между ионами действует электростатическое притяжение – ионная связь.

Ионная связь – это химическая связь между ионами, образованная за счет сил электростатического притяжения.

По существу ионная связь является сильно полярной ковалентной связью. Ионная связь наблюдается только в соединениях атомов типичных металлов с типичными неметаллами (например, галогениды щелочных металлов)

ē ē

А + В А⁺ В^- Li + F Li⁺F^-

По мере сближения атомов возрастает сила притяжения, понижается энергия, атомные орбитали перекрываются, увеличивается электронная плотность в пространстве между ядрами. Вследствие большой разности в

электроотрицательности атомов электронная плотность в значительной степени смещается к атому галогена, так что вблизи равновесного межъядерного

расстояния силы притяжения можно считать приближенно электростатическими.

Особенностью ионной связи, в отличие от ковалентной, является ненаправленность и ненасыщаемость. Причина этого в том, что электрическое поле, создаваемое ионом имеет сферическую симметрию и действует на все другие ионы. Следствием ненаправленности и ненасыщаемости является ассоциация ионных молекул, образование димеров, тримеров и т.д.

§4 Водородная связь; виды водородной связи.

Особенности водородной связи.

Водородная связь возникает между атомом водорода и сильно электроотрицательным атомом (F, O, N, Cl). Различают межмолекулярые и внутримолекулярные водородные связи.

Природа водородной связи имеет электростатический и донорно-акцепторный механизм. Атом водорода способен взаимодействовать с неподеленной парой электронов сильно электроотрицательного атома этой же или другой молекулы с образованием дополнительной слабой связи, называемой водородной . При этом устанавливается равновесие

- Х Н + :Y- -Х – Н … :Y-

Водородная связь очень слабая. Энергия большинства водородных связей лежит в пределах 10 – 40 кДж/моль, что значительно меньше энергии ковалентной или ионной связи.

Водородная связь оказывает влияние на физико-химические свойства молекул. Межмолекулярные водородные связи обуславливают ассоциацию многих соединений (спиртов, карбоновых кислот), что приводит к повышению их температур кипения. Сольватация веществ посредством образования водородных связей с растворителем резко повышает их растворимость. Водородные связи также вносят вклад стабильность ионизованных частиц в растворе:

ассоциация молекул спирта димер карбоновой кислоты

Внутримолекулярные водородные связи образуются в том случае, если в одной молекуле присутствуют атом водорода и электроотрицательный атом и возможно замыкание шести- или пятичленного цикла.

Например, наличие внутримолекулярных водородных связей в о-нитрофеноле и салициловом альдегиде обуславливает отличие их физических свойств от соответствующих мета- и пара-изомеров. Эти соединения не способны к ассоциации и поэтому имеют более низкие температуры кипения; не образуют водородные связи с водой и поэтому плохо в ней растворимы.

о-нитрофенол салициловый альдегид

Молекулы белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов содержат много протонодонорных ( >N-H и –O-H) и протоноакцепторных (>C=O, >N-) групп, склонных к образованию множества водородных связей между отдельными участками одной молекулы или между разными молекулами. В результате макромолекулы этих биополимеров приобретают определенную пространственную структуру, обеспечивающую их биологические функции. Разрыв водородных связей приводит к существенному изменению пространственной структуры макромолекул и их биохимических свойств.