ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ

Водородная связь – это особый вид связи, свойственный только водороду. Она возникает в тех случаях, когда водород связан с наиболее электроотрицательными элементами, прежде всего с фтором, кислородом и азотом. Рассмотрим образование водородной связи на примере фтороводорода. Атом водорода имеет единственный электрон, благодаря которому он может образовывать с атомами электроотрицательных элементов только одну ковалентную связь. При образовании молекулы фтороводорода возникает связь Н—F, осуществляемая общей электрон­ной парой, которая смещена к атому более электроотрицатель­ного элемента — фтора, что видно из профиля (рис. а) и контурной диаграммы (рис. б) электронной плотности.

В результате такого распределения электронной плотности молекула фтороводорода представляет из себя диполь, положительный полюс которого – это атом водорода. Из-за того что связывающая электронная пара смещается к атому фтора, ядро атома водорода частично об­нажается и частично освобожда­ется ls-орбиталь этого атома. У любого другого атома положи­тельный заряд ядра даже после удаления валентных электронов экранируется внутренними элек­тронными оболочками, которые обеспечивают отталкивание от электронных оболочек других молекул. У водорода же таких

Рис. Профиль (а) и контурная диаграмма (б) электронной плотности в молекуле фтороводорода

оболочек нет, а ядро представ-ляет собой чрезвычайно малую по-ложительно заряженную суб-атомную частицу — протон. Напряжённость электрического поля вблизи частично оголенного протона настолько велика, что он может очень интенсивно при­тягивать к себе отрицательный полюс соседней полярной моле­кулы. Поскольку этот отрицательный полюс не что иное, как атом фтора, имеющий три несвязывающих электронных пары, а ls-орбиталь атома водорода частично вакантна, то между ато­мом водорода одной молекулы и

атомом фтора другой, соседней молекулы, возникает донорно-акцепторное взаимодействие.

В результате такого взаимодействия возникает дополнительная, вторая, связь с участием атома водорода. Это и есть водородная связь. Ее обычно обозначают точками: F–Н٠٠٠F. Образующаяся за счет водородной связи система из трех атомов, как правило, линейна.

Водородная связь отличается от ковалентной по энергии и длине. Она более длинная и менее прочная, чем ковалентная. Так, в твердом фтороводороде длина ковалентной связи F—Н равна 95 пм, в то время как водородная связь Н — F имеет длину 156 пм. Благодаря водородным связям между молекулами HF кристаллы твердого фтороводорода состоят из бесконечных пло­ских зигзагообразных цепей.

Водородные связи между молекулами HF частично сохраня­ются и в жидком и даже в газообразном фтороводороде.

Водородные связи образуют также молекулы, в которых име­ются связи О—Н (например, вода, хлорная кислота НСЮ₄, азот­ная кислота HNO₃, карбоновые кислоты, фенолы, спирты) и N —Н (например, аммиак, тиоциановая кислота HNCS, орга­нические амиды и амины).

Вещества, молекулы которых соединены водородными свя­зями, отличаются по своим свойствам от веществ, аналогичных им по строению молекул, но не образующих водородные связи. Температуры плавления и кипения соединений с водородом эле­ментов подгруппы IVA, в которых нет водородных связей, плав­но понижаются с уменьшением номера периода (рис.).У соединений с водородом элементов групп VA—VIIA на­блюдается нарушение этой зависимости. Три вещества, молеку лы которых соединены водородными связями (аммиак NH₃, во­да Н₂О и фтороводород HF), имеют гораздо более высокие темпе­ратуры кипения и плавления, чем их аналоги. Кроме того, у этих веществ более широкие температурные интервалы су­ществования в жидком состоянии, более высокие теплоты плав­ления и испарения.

Водородная связь может возникать не только между молеку­лами (межмолекулярная водородная связь), как это имеет место во всех рассмотренных выше примерах, но и между атомами од­ной и той же молекулы (внутримолекулярная водородная связь). Например, благодаря внутримолекулярным водородным связям между атомами водорода аминогрупп и атомами кисло­рода карбонильных групп возникают спиральные полипептид­ные цепи, образующие молекулы белков.

Огромную роль водородные связи играют в процессах редуп­ликации и биосинтеза белка. Две нити двойной спирали ДНК удерживаются вместе водородными связями. В процессе редуп­ликации эти связи разрываются. При транскрипции синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы происходит также благодаря возникновению водородных связей. Оба про­цесса возможны потому, что водородные связи легко образуют­ся и легко разрываются.

Рис..Температуры плавления (а) и кипения (б) бинарных соедине­ний элементов подгрупп IV—VIIА с водородом

Вопросы для самоконтроля

1. Может ли химическая связь между атомами осуществляться одним электроном?

2. Какими показателями характеризуют прочность химической связи?

3. Может ли длина связи быть равной сумме радиусов двух изолированных атомов, вступающих в связь?

4. Чем должны обладать химические частицы для установления между собой химической связи по ковалентному механизму?

5. Чем определяется валентность элемента в конкретном соединении?

6. Чем ограничивается число атомных связей, образуемых атомом какого-либо элемента в его соединении?

7. В чём состоит главная причина гибридизации атомных орбиталей, у частвующих в образовании химических связей?

8. Какие атомные орбитали могут гибридизировать?

9. Какой тип гибридизации атомных орбиталей наиболее часто осуществляется в неорганических соединениях

10. Что является мерой полярности химической связи? В каких единицах она измеряется?

11. Что такое электроотрицательность элемента?

12. Дайте определение ковалентной, ионной, металлической и водородной связям.

13. Почему метан по аналогии с аммиаком, фтороводородом и водой не имеет аномально высокой температуры кипения?

14. Чему равна ковалентность углерода в молекуле СО?

15. Может ли произойти реакция между HF и SiF?

16. Какова кратность связи в молекуле N0?

17. Указать тип гибридизации АО углерода в молекуле диоксида углерода.

18. Одинакова ли геометрическая конфигурация молекул BF₃ и NF₃?

19. Дипольный момент молекулы HCN равен 2,9 D. Вычислитьь длину диполя.

Тест № 1

1. Длина ковалентной химической связи наибольшая в молекуле …

1) НСl 2) НI 3) НВr 4) НF

2. Максимальную тенденцию образовывать химические соединения с ионной связью проявляют элементы …

1) Сu и Сl 2) Н и Сl 3) Li и Сl 4) С и Сl

3. Молекула ВеF₂ (пар фторида бериллия) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 2

1. Полярность ковалентной связи уменьшается в ряду …

1) НF, Н₂О, NН₃ 2) Н₂О, Н₂Sе, Н₂S

3) НСl, НI, НВr 4) NН₃, NСl₃, NF₃

2. Могут образовываться π-связи в результате перекрывания электронных облаков …

1) s и р 2) s и s 3) р и р 4) s и d

3. Молекула аммиака имеет строение …

1) тригональное 2) пирамидальное

3) угловое 4) тетраэдрическое

Тест № 3

1. Полярность ковалентной связи увеличивается в ряду …

1) ССl₄, СН₄, СО₂ 2) СН₄, NН₃, Н₂О

3) НF, Н₂О, Н₂Sе 4) NН₃, NСl₃, NВr₃

2. В молекуле сероводорода возможны …

1) только σ-связи

2) только π-связи

3) как σ-, так и π-связи

3. Молекула SnСl₄ (пар хлорида олова) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тетраэдрическое 4) пирамидальное

Тест № 4

1. Полярность ковалентной связи в ряду НСl – НВr – НI …

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) вначале уменьшается, а затем увеличивается

2. Число двойных связей одинаково в молекулах …

1) СО₂ и SО₃ 2) Н₂SО₄ и НСlО₄

3) SО₂ и Н₂SО₄ 4) N₂ и С₂Н₂

3. Молекула SnСl₂ (пар хлорида олова) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тетраэдрическое 4) пирамидальное

Тест № 5

1. В кристаллах NаF, RbСl, СsСl химическая связь …

1) ионная 2) ковалентная полярная

3) ковалентная неполярная 4) металлическая

2. Число π-связей одинаково в молекулах …

1) С₂Н₄ и СО₂ 2) SО₃ и Н₂SО₄

3) N₂ и С₂Н₄ 4) СО₂ и С₂Н₂

3. Молекула метана имеет строение …

1) угловое 2) тетраэдрическое

3) пирамидальное 4) тригональное

Тест № 6

1. В молекулах О₂, N₂, Сl₂, Н₂ химическая связь …

1) ионная 2) ковалентная полярная

3) ковалентная неполярная 4) металлическая

2. Число σ-связей одинаково в молекулах …

1) С₂Н₄ и РСl₅ 2) SО₂ и С₂Н₂

3) SО₂Сl₂ и СОСl₂ 4) Н₂SО₄ и РОСl₃

3. Молекула сероводорода имеет строение …

1) угловое 2) тетраэдрическое

3) линейное 4) пирамидальное

Тест № 7

1. Длина ковалентной химической связи наименьшая в молекуле …

1) Сl₂ 2) SО₂ 3) NН₃ 4) Н₂S

2. В молекуле азота существуют …

1) только σ-связи 2) только π-связи

3) одна σ- и две π-связи 4) одна π- и две σ-связи

3. Молекула АlСl₃ (пар хлорида алюминия) имеет строение …

1) пирамидальное 2) тригональное

3) тетраэдрическое 4) угловое

Тест № 8

1. Длина химической связи больше во второй молекуле в случае соединений …

1) Сl₂ и N₂ 2) SО₂ и СО₂ 3) СF₄ и СН₄ 4) НF и НВr

2. Валентный угол в ряду NН₃ – РН₃ – АsН₃ …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

3. Молекула GаСl₃ (пар хлорида галлия) имеет строение …

1) пирамидальное 2) тригональное

3) тетраэдрическое 4) угловое

Тест № 9

1. В ряду LiF – ВеF₂ – ВF₃ – СF₄ – NF₃ – ОF₂ – F₂ …

1) ионный характер связи усиливается

2) ковалентный характер связи усиливается

3) ковалентный характер связи ослабевает

4) ионный характер связи не изменяется

2. Ионный тип связи имеет …

1) хлорид калия 2) фторид кислорода (II)

3) фторид углерода (IV) 4) хлорид фосфора (III)

3. Молекула МgСl₂ (пар хлорида магния) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тригональное 4) тетраэдрическое

Тест № 10

1. Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется в соединении …

1) КСl 2) НСl 3) ССl₄ 4) NН₄Сl

2. Ковалентную полярную связь имеет …

1) алмаз 2) аммиак 3) фтор 4) кобальт

3. Молекула АsН₃ имеет строение …

1) линейное 2) тригональное

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 11

1. В ряду NаСl – МgСl₂ – АlСl₃ – SiСl₄ – РСl₃ – Сl₂ …

1) ионный характер связи усиливается

2) ковалентный характер связи усиливается

3) ковалентный характер связи ослабевает

4) ионный характер связи не изменяется

2. Ковалентную неполярную связь имеет …

1) хлорид натрия 2) хлор

3) хлороводород 4) цинк

3. Молекула ССl₄ имеет строение …

1) угловое 2) пирамидальное

3) тетраэдрическое 4) тригональное

Тест № 12

1. Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется в соединении …

1) NаF 2) НF 3) (НF)₂ 4) НВrF₄

2. В молекуле азота у атома азота …

1) валентность равна степени окисления

2) валентность больше степени окисления

3) валентность и степень окисления противоположны по знаку

4) валентность меньше степени окисления

3. Молекула сероводорода Н₂S имеет строение …

1) линейное 2) угловое

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 13

1. Валентный угол в ряду молекул Н₂О, Н₂S, Н₂Sе, Н₂Те …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. Максимальную тенденцию образовывать соединения с ионной связью проявляют элементы …

1) Rb и F 2) Сu и F 3) Н и F 4) С и F

3. Молекула GеСl₂ [пар хлорида германия (II)] имеет строение …

1) линейное 2) угловое

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 14

1. Валентный угол в ряду молекул NН₃, РН₃, АsН₃ …

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. При образовании связи в молекуле НВr перекрываются электронные облака …

1) s и s 2) s и р 3) р и р 4) р и d

3. Молекула GеСl₄ [пар хлорида германия (IV)] имеет строение …

1) линейное 2) угловое

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 15

1. Прочность связи в ряду ВF₃ – АlF₃ – GаF₃ – InF₃ …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. При образовании связей в молекуле кислорода перекрываются электронные облака…

1) s и s 2) s и р 3) р и р 4) р и d

3. Молекула ВСl₃ имеет строение …

1) линейное 2) тригональное

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 16

1. Прочность связи в ряду Н₂S – Н₂Sе – Н₂Те …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала уменьшается, а затем увеличивается

2. При образовании связей в молекуле азота перекрываются электронные облака…

1) s и s 2) s и р 3) р и р 4) р и d

3. Молекула ОF₂ имеет строение …

1) линейное 2) пирамидальное

3) тетраэдрическое 4) угловое

Тест № 17

1. Прочность связи в ряду SnСl₄ – GеСl₄ – SiСl₄ – ССl₄ …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. Длина связи наименьшая в молекуле …

1) Сl₂ 2) F₂ 3) I₂ 4) Вr₂

3. Молекула фосфина РН₃ имеет строение …

1) пирамидальное 2) тетраэдрическое

3) угловое 4) тригональное

Тест № 18

1. Длина связи наименьшая в молекуле …

1) РН₃ 2) Н₂S 3) SiН₄ 4) НСl

2. В молекуле аммиака образуются …

1) только σ-связи 2) только π-связи

3) одна σ- и две π-связи 4) две σ- и одна π-связи

3. Молекула силана SiН₄ имеет строение …

1) пирамидальное 2) тригональное

3) тетраэдрическое 4) угловое

Тест № 19

1. Длина связи увеличивается в ряду …

1) Сl₂, N₂, О₂ 2) НСl, НF, НВr

3) АlСl₃, GаСl₃, InСl₃ 4) Н₂Sе, Н₂S, Н₂Те

2. Ионный тип связи имеет …

1) хлорид бора 2) хлорид цезия

3) хлорид фосфора (III) 4) хлороводород

3. Молекула GеСl₂ (пар хлорида германия) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тригональное 4) пирамидальное

Тест № 20

1. Прочность связи в ряду Н₂Sе – Н₂S – Н₂О …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. Ковалентная связь образуется между атомами …

1) неметаллов

2) типичных неметалла и металла

3) металла

3. Молекула РbСl₂ (пар хлорида свинца) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тригональное 4) пирамидальное

Тест № 21

1. Длина связи увеличивается в ряду …

1) F₂, О₂, N₂ 2) НВr, НСl, НF

3) ВСl₃, АlСl₃, GаСl₃ 4) Н₂S, Н₂О, NН₃

2. Примером полярной молекулы, имеющей полярные ковалентные связи, является …

1) N₂ 2) Н₂О 3) ССl₄ 4) ВСl₃

3. Молекула РbСl₄ (пар хлорида свинца) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 22

1. Длина связи наименьшая в молекуле …

1) Н₂Те 2) Н₂О 3) Н₂Sе 4) Н₂S

2. Примером неполярной молекулы, имеющей полярные ковалентные связи, является …

1) О₂ 2) ССl₄ 3) Н₂S 4) НСl

3. Молекула ССl₄ имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тетраэдрическое 4) пирамидальное

Тест № 23

1. Ионный тип связи имеет …

1) лёд 2) поваренная соль

3) алмаз 4) металлическая медь

2. Орбитали атома бериллия в молекуле ВеН₂ (пары гидрида бериллия) гибридизованы по типу …

1) sр 2) sр² 3) sр³ 4) s²р

3. Молекула ВеН₂ (пары гидрида бериллия) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тригональное 4) тетраэдрическое

Тест № 24

1. Образование ионной решетки характерно для …

1) йодида цезия 2) графита

3) йода 4) льда

2. Орбитали атома алюминия в молекуле АlСl₃ (пар хлорида алюминия) гибридизованы по типу…

1) sр 2) sр² 3) sр³ 4) s²р

3. Молекула АlСl₃ (пар хлорида алюминия) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) тригональное 4) пирамидальное

Тест № 25

1. Полярность ковалентной связи уменьшается в ряду …

1) НF, НI, НСl 2) NН₃, Н₂О, НF

3) Н₂О, Н₂S, Н₂Sе 4) NН₃, Н₂S, НF

2. Орбитали атома германия в молекуле GеСl₄ (пар хлорида германия) гибридизованы по типу …

1) sр 2) sр² 3) sр³ 4) s²р²

3. Молекула GеСl₄ (пар хлорида германия) имеет строение …

1) угловое 2) линейное

3) пирамидальное 4) тетраэдрическое

Тест № 26

1. В молекулах НСl, NН₃, Н₂Sе химическая связь …

1) водородная 2) ковалентная полярная

3) ковалентная неполярная 4) ионная

2. Примером полярной молекулы, имеющей полярные ковалентные связи, является …

1) Н₂О 2) N₂ 3) АlСl₃ 4) ССl₄

3. Молекула Н₂Sе имеет строение …

1) пирамидальное 2) угловое

3) тетраэдрическое 4) линейное

Тест № 27

1. Степень ионизации связи в ряду NiСl₂ – СаСl₂ – КСl – RbСl …

1) усиливается

2) ослабевает

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. Примером неполярной молекулы, имеющей полярные ковалентные связи является …

1) Н₂ 2) АsН₃ 3) ВеН₂ 4) Н₂S

3. Межмолекулярная водородная связь соединяет молекулы …

1) водорода 2) фтороводорода

3) теллуроводорода 4) гидрида мышьяка

Тест № 28

1. Степень полярности связи в ряду АlСl₃ – SiСl₄ – РСl₅ …

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

2. Орбитали атома кремния в молекуле SiН₄ гибридизированы по типу…

1) sр 2) sр² 3) sр³ 4) s²р²

3. Молекула силана SiН₄ имеет строение …

1) пирамидальное 2) угловое

3) тетраэдрическое 4) тригональное

* 1 Джоуль есть работа силы в 1 ньютон (Н) на пути в 1 м.

** Ю. Майер в 1842 г. Определил механический эквивалент теплоты, равный 427 кгм/ккал. Из этого (с учетом того, что 1 ккал = 419 кДж) следует, что при образовании химических связей в 1 моль вещества выделяется энергия, которая может произвести работу, равную 10 200 – 102 000 кгм. Это значит, что 1 моль вещества обладает энергией, достаточной для того, чтобы поднять груз массой в 10,2–102 т на 1 м.

Поиск по сайту: