Лекция 5

1. Межмолекулярные взаимодействия. Комплексные соединения.

Силы Ван дер Ваальса. Водородная связь. Комплексные соединения. Строение комплексных соединений. Характер связи в комплексных соединениях с позиции метода валентных связей. Понятие о теории кристаллического поля и теории поля лигандов. Диссоциация комплексных соединений в растворе. Константа нестойкости.

Свойства веществ зависят не только от внутримолекулярного строения, но и от различных межмолекулярных взаимодействий.

Силы межмолекулярного взаимодействия называются силами Ван дер Ваальса (1900) – по имени датского ученого, впервые изучившего количественную характеристику этих сил.

Межмолекулярное взаимодействие имеет электрическую природу и отличается от химического тем, что оно проявляется на значительно больших расстояниях (0,4-0,7 НМ) и характеризуется небольшими энергиями связи (8–50 кДж/моль).

Молекула соединения в целом нейтральна, однако представляет собой совокупность положительных и отрицательно заряженных частиц.

Графическое изображение различных молекул:

При сближении молекул между ними возникает электростатическое взаимодействие трех видов:

1) ориентационное – полярная молекула (А) взаимодействует с полярной (В)

2) индукционное – полярная молекула (А) взаимодействует с неполярной молекулой (В) и индуцирует в ней небольшой дипольный момент

3) дисперсионное – неполярная молекула (А) взаимодействует с неполярной (В). Дисперсия (рассеяние) электрона создает синхронное появление и исчезновение мгновенных диполей молекул А и В, что и приводит к их притяжению:

Общая энергия взаимодействия определяется суммой энергией ориентационного индукционного и дисперсионного взаимодействий:

Е_общ = Е_о + Е_и + Е_д.

Межмолекулярное взаимодействие осуществляется любыми молекулами различного агрегатного состояния. В газах оно минимально, в твердых веществах – максимально, в жидком состоянии занимает промежуточное положение между газообразным и твердым.

5.1. Водородная связь

Впервые образование водородной связи было обнаружено в 80-годах XIX века русскими учеными М. Ильинским и Н. Бекетовым.

Н-связь – это связь двух сильно электроотрицательных атомов посредством атома водорода. Общую схему образования такой связи можно представить так:

,

X = Y = F, O, N, реже Cl, Br, C.

Атом водорода, связанный с сильно электроотрицательным атомом Х поляризован положительно. Поэтому он взаимодействует с другим сильно электроотрицательным атомом Y, обязательно имеющим неподеленную электронную пару. Энергия H-связи составляет 8-50 кДж/моль. Она может возникнуть между однородными и разнородными молекулами, а также внутри одной молекулы. Примеры:

1) H₂O,

2) Раствор соляной кислоты

3) Спирты, карбоновые кислоты

4) Салициловая кислота

5) Белки

Природа Н-связи даже в настоящее время не вполне ясна. Она, в основном имеет электростатический характер. Главную роль в ее образовании играют следующие факторы:

1. поляризация связи атома Н превращает его в частицу (протон) с уникальными свойствами – отсутствие собственной электронной оболочки, наличие самого малого радиуса, способность протона внедряться в электронное поле других атомов.

2. донорно-акцепторное взаимодействие. Акцептор-протон одной молекулы, донор электроотрицательный атом другой молекулы.

Н-связи проявляется почти повсеместно: в молекулах белков, нуклеиновых кислот, а также в процессах смачивания (пищи слюной), набухания, адсорбции. С помощью Н-связи определяются специфичность действия лекарств, вкусовые качества, сокращения мышц, функции памяти.

Н-связь сильно влияет на физико-химические свойства газообразных водородных соединений и объясняет многие их аномальные свойства (например воды).