МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

  «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФИЗИКО- ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

 

Физика водородной связи. Возможности разрыва водородной связи за счет воздействия лазерного излучения и импульсного магнитного поля 

Курсовая работа

Выполнили: студенты 3 курса

Физико-технического

Факультета

Группа ТХФИ-31

Фейзулин Р.,Акчурин Р., Ермаков Д.   Руководитель: Павлов Н.

Саратов   2012г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение

2. Межатомные взаимодействие

3. Свойства водородных связей

4. Электромагнитные излучения

5. Лазерное излучение

6. Заключение

7. Водородная энергетика

8. Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Водородная связь -форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными.

Часто водородную связь рассматривают как электростатическое взаимодействие, усиленное небольшим размером водорода, которое разрешает близость взаимодействующих диполей. Тогда об этом говорят как о разновидности донорно-акцепторной связи, невалентном взаимодействии между атомом водорода H, ковалентно связанным с атомом A группы A-H молекулы RA-H иэлектроотрицательным атомом B другой молекулы (или функциональной группы той же молекулы) BR'. Результатом таких взаимодействий являются комплексы RA-H•••BR' различной степени стабильности, в которых атом водорода выступает в роли «моста», связывающего фрагменты RA и BR'.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность^[2], её распространенность и важность, особенно в органических соединениях^[3], а также некоторые побочные эффекты, связанные с малыми размерами и отсутствием дополнительных электронов у водорода.

В настоящее время в рамках теории молекулярных орбиталей водородная связь рассматривается как частный случайковалентной с делокализацией электронной плотности по цепи атомов и образованием трёхцентровых четырёхэлектронных связей (например, -H•••[F-H•••F]-).

Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь

Водородная связь - это взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: А−Н ^... В (чертой обозначена ковалентная связь, тремя точками - водородная связь).

Водородная связь обусловлена электростатическим притяжением атома водорода (несущим положительный заряд δ+) к атому электроотрицательного элемента, имеющего отрицательный заряд δ−. В большинстве случаев она слабее ковалентной, но существенно сильнее обычного притяжения молекул друг к другу в твердых и жидких веществах. В отличие от межмолекулярных взаимодействий водородная связь обладает свойствами направленности и насыщаемости, поэтому ее нередко считают одной из разновидностей ковалентной химической связи. Она может быть описана с помощью метода молекулярных орбиталей как трехцентровая двухэлектронная связь.

Одним из признаков водородной связи может служить расстояние между атомом водорода и другим атомом, ее образующим. Оно должно быть меньше, чем сумма радиусов этих атомов. Чаще встречаются несимметричные водородные связи, в которых расстояние Н ^... В больше, чем А−В. Однако в редких случаях (фтороводород, некоторые карбоновые кислоты) водородная связь является симметричной. Угол между атомами во фрагменте А−Н ^... В обычно близок к 180^o. Наиболее сильные водородные связи образуются с участием атомов фтора. В симметричном ионе [F−H−F]⁻ энергия водородная связи равна 155 кДж/моль и сопоставима с энергией ковалентной связи. Энергия водородная связи между молекулами воды уже заметно меньше (25 кДж/моль).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

межатомное взаимодействие

 Тип связи между атомами, промежуточный между валентным и невалентным межатомным взаимодействием. В. с. может образоваться при наличии атома H между двумя эл--отрицат. атомами - F, N или О, причём с одним из этих двух атомов атом водорода связан ковалентной связью.

Природа В. с. состоит в том, что электронная плотность на линии связи О-H (N-H и т. д.) смещается к более эл--отрицат. атому О (N и т. д.). При этом протон водорода "оголяется", что способствует сближению эл--отрицат. атомов соседних молекул. В результате расстояния О. . .О и N. . .О в В. с. О-H. . .0 и N - H. . .О оказываются примерно равными сумме ван-дер-ваальсовых атомных радиусов, т. е. эл--отрицат. атомы в кристаллах сближаются так, как будто бы атома водорода между ними нет.

Энергия В. с. на 1-1,5 порядка меньше энергии хим. связи и на 2-3 порядка больше энергии невалентного ван-дер-ваальсова взаимодействия. Наиб. сильную В. с. образуют между собой молекулы HF, к-рые способны соединяться в полимерные структуры H₂F₂, H₃F₃, H₄F₄, H₆F₅ и H₆F₆ (последняя особенно устойчива, поскольку является кольцеобразной и, следовательно, стабилизирована дополнительной В. с.). Весьма сильные B.с. (с энергией ~30 кДж/моль каждая) стабилизируют димер муравьиной к-ты устойчивый даже в парообразном состоянии. В жидкой и твёрдой воде энергия В. с. составляет ~20 кДж/моль. Примерно такой же энергией характеризуются В. с. N-H. . .О и О-H. . .О во мн. биологически важных молекулах - белках, нуклеиновых к-тах, углеводах и пр.

Наличием В. с. обусловлено своеобразие структуры и физ. свойств воды и водных растворов. Кристаллич. структура льда, существующая при обычных условиях, представляет собой ажурную сетку B.с., в к-рой имеется большое кол-во пустот. При плавлениильда эти пустоты частично заполняются молекулами воды, и потому плотность воды выше плотности льда.

В. с. могут быть не только межмолекулярными (как в рассмотренных выше примерах), но и внутримолекулярными. Внутримолекулярные В. с. являются одним из осн. факторов, стабилизирующих глобулярную структуру молекул белков, к-рая определяет функционирование белков в живых клетках; они же в значительной степени влияют на свойства древесины и бумаги, построенных из волокон целлюлозы, и отвечают за уникальную структуру молекул нуклеиновых K-T.