Si vous regardez la chronologie de l'étude en science chimique de la capacité des atomes de divers éléments à interagir entre eux, nous pouvons distinguer le milieu du 19ème siècle. À cette époque, les scientifiques ont attiré l'attention sur le fait que les composés hydrogène de l'oxygène, du fluor et de l'azote sont caractérisés par un groupe de propriétés pouvant être qualifiées d'anormales.
Ce sont, tout d'abord, des points de fusion et d'ébullition très élevés, par exemple pour l'eau ou le fluorure d'hydrogène, qui sont plus élevés que pour d'autres composés similaires. À l'heure actuelle, on sait déjà que ces caractéristiques de ces substances sont déterminées par la propriété des atomes d'hydrogène à former un type de liaison inhabituel avec les atomes d'éléments à indice d'électronégativité élevé. Ils l'appelaient hydrogène. Les propriétés d'une liaison, les spécificités de sa formation et des exemples de composés la contenant sont les principaux points sur lesquels nous nous concentrerons dans notre article.
Raison de la connexion
L'action des forces d'attraction électrostatique estla base physique de l'apparition de la plupart des types de liaisons chimiques. Les types de liaisons chimiques résultant de l'interaction de noyaux atomiques chargés de manière opposée d'un élément et d'électrons d'un autre sont bien connus. Ce sont des liaisons covalentes non polaires et polaires, caractéristiques des composés simples et complexes d'éléments non métalliques.
Par exemple, entre l'atome de fluor, qui a l'électronégativité la plus élevée, et la particule électroneutre d'hydrogène, dont le nuage à un électron n'appartenait initialement qu'à l'atome H, il y a un décalage de la densité chargée négativement. Maintenant, l'atome d'hydrogène lui-même peut à juste titre être appelé un proton. Que se passe-t-il ensuite ?
Interaction électrostatique
Le nuage d'électrons de l'atome d'hydrogène passe presque complètement vers la particule de fluor et acquiert une charge négative en excès. Entre l'atome d'hydrogène nu, c'est-à-dire dépourvu de densité négative - un proton, et l'ion F- de la molécule de fluorure d'hydrogène voisine, la force d'attraction électrostatique se manifeste. Elle conduit à l'apparition de liaisons hydrogène intermoléculaires. En raison de son apparition, plusieurs molécules HF peuvent former des associés stables à la fois.
La condition principale pour la formation d'une liaison hydrogène est la présence d'un atome d'un élément chimique à haute électronégativité et d'un proton d'hydrogène interagissant avec lui. Ce type d'interaction est plus prononcé dans les composés oxygénés et fluorés (eau, fluorure d'hydrogène), moins dans les substances contenant de l'azote, comme l'ammoniac, et encore moins dans les composés soufrés et chlorés. Des exemples de liaisons hydrogène formées entre des molécules peuvent également être trouvés dans des substances organiques.
Ainsi, dans les alcools entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène des groupes hydroxyle fonctionnels, des forces d'attraction électrostatiques apparaissent également. Par conséquent, déjà les premiers représentants de la série homologue - le méthanol et l'alcool éthylique - sont des liquides, et non des gaz, comme d'autres substances de cette composition et de ce poids moléculaire.
Caractéristique énergétique de la communication
Comparons l'intensité énergétique des liaisons covalentes (40–100 kcal/mol) et hydrogène. Les exemples ci-dessous confirment l'affirmation suivante: le type hydrogène ne contient que 2 kcal/mol (entre dimères d'ammoniac) à 10 kcal/mol d'énergie dans les composés fluorés. Mais il s'avère suffisant pour que les particules de certaines substances puissent se lier en associés: dimères, tétra - et polymères - groupes constitués de nombreuses molécules.
Ils ne sont pas seulement dans la phase liquide du composé, mais peuvent être conservés sans se désintégrer, lors du passage à l'état gazeux. Par conséquent, les liaisons hydrogène, qui maintiennent les molécules en groupes, provoquent des points d'ébullition et de fusion anormalement élevés de l'ammoniac, de l'eau ou du fluorure d'hydrogène.
Comment les molécules d'eau s'associent
Les substances inorganiques et organiques ont plusieurs types de liaisons chimiques. La liaison chimique qui se forme lors du processus d'association des particules polaires entre elles, et est appelée hydrogène intermoléculaire, peut modifier radicalement la structure physicochimiquecaractéristiques de connexion. Prouvons cette affirmation en considérant les propriétés de l'eau. Les molécules H2O ont la forme de dipôles - des particules dont les pôles portent des charges opposées.
Les molécules voisines sont attirées les unes vers les autres par les protons d'hydrogène chargés positivement et les charges négatives de l'atome d'oxygène. À la suite de ce processus, des complexes moléculaires sont formés - associés, entraînant l'apparition de points d'ébullition et de fusion anormalement élevés, d'une capacité thermique et d'une conductivité thermique élevées du composé.
Les propriétés uniques de l'eau
La présence de liaisons hydrogène entre les particules H2O est responsable de plusieurs de ses propriétés vitales. L'eau fournit les réactions métaboliques les plus importantes - l'hydrolyse des glucides, des protéines et des graisses se produisant dans la cellule - et est un solvant. Cette eau, qui fait partie du cytoplasme ou du liquide intercellulaire, est dite libre. Grâce aux liaisons hydrogène entre les molécules, il forme des coquilles d'hydratation autour des protéines et des glycoprotéines, qui empêchent le collage entre les macromolécules de polymère.
Dans ce cas, l'eau est dite structurée. Les exemples que nous avons donnés de la liaison hydrogène qui se produit entre les particules de H2O prouvent son rôle majeur dans la formation des propriétés physiques et chimiques de base des substances organiques - protéines et polysaccharides, dans les processus d'assimilation et de dissimilation se produisant dans les systèmes vivants, ainsi que pour assurer leur équilibre thermique.
Liaison hydrogène intramoléculaire
L'acide salicylique est l'un des médicaments bien connus et utilisés depuis longtemps avec des effets anti-inflammatoires, cicatrisants et antimicrobiens. L'acide lui-même, les dérivés bromo du phénol, les composés complexes organiques sont capables de former une liaison hydrogène intramoléculaire. Les exemples ci-dessous montrent le mécanisme de sa formation. Ainsi, dans la configuration spatiale de la molécule d'acide salicylique, l'approche de l'atome d'oxygène du groupe carbonyle et du proton d'hydrogène du radical hydroxyle est possible.
En raison de la plus grande électronégativité de l'atome d'oxygène, l'électron de la particule d'hydrogène tombe presque complètement sous l'influence du noyau d'oxygène. Une liaison hydrogène se produit à l'intérieur de la molécule d'acide salicylique, ce qui augmente l'acidité de la solution en raison d'une augmentation de la concentration d'ions hydrogène dans celle-ci.
En résumé, on peut dire que ce type d'interaction entre atomes se manifeste si le groupe du donneur (particule qui donne un électron) et l'atome accepteur qui l'accepte font partie de la même molécule.
