თუ გადავხედავთ ქიმიურ მეცნიერებაში ჩატარებული კვლევის ქრონოლოგიას სხვადასხვა ელემენტების ატომების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების უნარის შესახებ, შეგვიძლია გამოვყოთ მე-19 საუკუნის შუა ხანები. იმ დროს მეცნიერებმა ყურადღება გაამახვილეს იმ ფაქტზე, რომ ჟანგბადის, ფტორის, აზოტის წყალბადის ნაერთებს ახასიათებთ თვისებების ჯგუფი, რომელსაც შეიძლება ეწოდოს ანომალიური.
ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, ძალიან მაღალი დნობის და დუღილის წერტილები, მაგალითად, წყლის ან წყალბადის ფტორისთვის, რომლებიც უფრო მაღალია, ვიდრე სხვა მსგავსი ნაერთებისთვის. დღეისათვის უკვე ცნობილია, რომ ამ ნივთიერებების ეს თვისებები განისაზღვრება წყალბადის ატომების თვისებით, შექმნან უჩვეულო ტიპის კავშირი იმ ელემენტების ატომებთან, რომლებსაც აქვთ მაღალი ელექტრონეგატიურობის ინდექსი. წყალბადს უწოდებდნენ. ბმის თვისებები, მისი წარმოქმნის სპეციფიკა და მასში შემავალი ნაერთების მაგალითები არის ძირითადი პუნქტები, რომლებზეც ყურადღებას გავამახვილებთ ჩვენს სტატიაში.
დაკავშირების მიზეზი
ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალების მოქმედება არისქიმიური ობლიგაციების უმეტესი სახეობების გარეგნობის ფიზიკური საფუძველი. ცნობილია ქიმიური ობლიგაციების ტიპები, რომლებიც წარმოიშვა ერთი ელემენტის საპირისპიროდ დამუხტული ატომური ბირთვების და მეორის ელექტრონების ურთიერთქმედების შედეგად. ეს არის კოვალენტური არაპოლარული და პოლარული ბმები, რომლებიც დამახასიათებელია არამეტალური ელემენტების მარტივი და რთული ნაერთებისთვის.
მაგალითად, ფტორის ატომს, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი ელექტრონეგატიურობა, და წყალბადის ელექტრონეიტრალურ ნაწილაკს შორის, რომლის ერთელექტრონული ღრუბელი თავდაპირველად მხოლოდ H ატომს ეკუთვნოდა, ხდება უარყოფითად დამუხტული სიმკვრივის ცვლილება.. ახლა თავად წყალბადის ატომს სამართლიანად შეიძლება ეწოდოს პროტონი. რა მოხდება შემდეგ?
ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება
წყალბადის ატომის ელექტრონული ღრუბელი თითქმის მთლიანად გადის ფტორის ნაწილაკებისკენ და ის ჭარბ უარყოფით მუხტს იძენს. შიშველ, ანუ უარყოფით სიმკვრივეს მოკლებულ წყალბადის ატომს - პროტონსა და მეზობელი წყალბადის ფტორიდის მოლეკულის F- იონს შორის ვლინდება ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალა. ეს იწვევს წყალბადთაშორისი ბმების გაჩენას. მისი წარმოქმნის გამო, რამდენიმე HF მოლეკულას შეუძლია შექმნას სტაბილური ასოციაციები ერთდროულად.
წყალბადის ბმის წარმოქმნის მთავარი პირობაა მაღალი ელექტრონეგატიურობის მქონე ქიმიური ელემენტის ატომისა და მასთან ურთიერთქმედების წყალბადის პროტონის არსებობა. ამ ტიპის ურთიერთქმედება ყველაზე მეტად გამოხატულია ჟანგბადისა და ფტორის ნაერთებში (წყალი, წყალბადის ფტორი), ნაკლებად აზოტის შემცველ ნივთიერებებში, როგორიცაა ამიაკი და კიდევ უფრო ნაკლებად გოგირდისა და ქლორის ნაერთებში.მოლეკულებს შორის წარმოქმნილი წყალბადის ბმების მაგალითები ასევე გვხვდება ორგანულ ნივთიერებებში.
ამგვარად, ფუნქციური ჰიდროქსილის ჯგუფების ჟანგბადისა და წყალბადის ატომებს შორის ალკოჰოლებში წარმოიქმნება ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალებიც. ამრიგად, ჰომოლოგიური სერიის უკვე პირველი წარმომადგენლები - მეთანოლი და ეთილის სპირტი - სითხეები არიან და არა აირები, როგორც ამ შემადგენლობისა და მოლეკულური წონის სხვა ნივთიერებები.
კომუნიკაციის ენერგეტიკული მახასიათებელი
შევადაროთ კოვალენტური (40–100 კკალ/მოლი) და წყალბადის ბმების ენერგიის ინტენსივობა. ქვემოთ მოყვანილი მაგალითები ადასტურებს შემდეგ განცხადებას: წყალბადის ტიპი შეიცავს მხოლოდ 2 კკალ/მოლ (ამიაკის დიმერებს შორის) 10 კკალ/მოლ ენერგიას ფტორის ნაერთებში. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ეს საკმარისია იმისთვის, რომ ზოგიერთი ნივთიერების ნაწილაკებმა შეძლონ შეერთება ასოციაციებში: დიმერები, ტეტრა და პოლიმერები - ჯგუფები, რომლებიც შედგება მრავალი მოლეკულისგან.
ისინი არა მხოლოდ ნაერთის თხევად ფაზაშია, არამედ შეიძლება შენარჩუნდეს დაშლის გარეშე, გაზის მდგომარეობაში გადასვლისას. ამიტომ, წყალბადის ბმები, რომლებიც იკავებენ მოლეკულებს ჯგუფებად, იწვევს ამიაკის, წყლის ან წყალბადის ფტორის არანორმალურად მაღალ დუღილსა და დნობის წერტილებს.
როგორ უკავშირდება წყლის მოლეკულები
როგორც არაორგანულ, ისე ორგანულ ნივთიერებებს აქვთ რამდენიმე სახის ქიმიური ბმა. ქიმიურ კავშირს, რომელიც წარმოიქმნება პოლარული ნაწილაკების ერთმანეთთან დაკავშირების პროცესში და რომელსაც ინტერმოლეკულურ წყალბადს უწოდებენ, შეუძლია რადიკალურად შეცვალოს ფიზიკოქიმიურიკავშირის მახასიათებლები. მოდით დავამტკიცოთ ეს განცხადება წყლის თვისებების გათვალისწინებით. H2O მოლეკულებს აქვთ დიპოლების ფორმა - ნაწილაკები, რომელთა პოლუსები ატარებენ საპირისპირო მუხტს.
მეზობელი მოლეკულები ერთმანეთს იზიდავს დადებითად დამუხტული წყალბადის პროტონებით და ჟანგბადის ატომის უარყოფითი მუხტებით. ამ პროცესის შედეგად წარმოიქმნება მოლეკულური კომპლექსები - ასოციაციები, რაც იწვევს არანორმალურად მაღალი დუღილის და დნობის წერტილების გამოჩენას, მაღალი სითბოს ტევადობას და ნაერთის თბოგამტარობას.
წყლის უნიკალური თვისებები
H2O ნაწილაკებს შორის წყალბადის ბმების არსებობა პასუხისმგებელია მის ბევრ სასიცოცხლო თვისებაზე. წყალი უზრუნველყოფს ყველაზე მნიშვნელოვან მეტაბოლურ რეაქციებს - უჯრედში არსებული ნახშირწყლების, ცილების და ცხიმების ჰიდროლიზს - და არის გამხსნელი. ასეთ წყალს, რომელიც ციტოპლაზმის ან უჯრედშორისი სითხის ნაწილია, თავისუფალს უწოდებენ. წყალბადის ბმების წყალობით მოლეკულებს შორის, ის აყალიბებს დამატენიანებელ გარსებს ცილების და გლიკოპროტეინების ირგვლივ, რაც ხელს უშლის პოლიმერულ მაკრომოლეკულებს შორის შეწებებას.
ამ შემთხვევაში წყალს სტრუქტურირებული ეწოდება. წყალბადის ბმის მაგალითები, რომელიც წარმოიქმნება H2O ნაწილაკებს შორის, ადასტურებს მის წამყვან როლს ორგანული ნივთიერებების - ცილების და პოლისაქარიდების ძირითადი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების ფორმირებაში. ცოცხალ ორგანიზმებში მიმდინარე ასიმილაციისა და დისიმილაციის პროცესებში, სისტემებში, აგრეთვე მათი თერმული წონასწორობის უზრუნველყოფისას.
ინტრამოლეკულური წყალბადის ბმა
სალიცილის მჟავა არის ერთ-ერთი ცნობილი და დიდი ხნის განმავლობაში გამოყენებული წამალი, რომელსაც აქვს ანთების საწინააღმდეგო, ჭრილობების შეხორცება და ანტიმიკრობული ეფექტი. თავად მჟავას, ფენოლის ბრომო წარმოებულებს, ორგანულ კომპლექსურ ნაერთებს შეუძლიათ შექმნან წყალბადის შიდა ბმა. ქვემოთ მოყვანილი მაგალითები აჩვენებს მისი ფორმირების მექანიზმს. ასე რომ, სალიცილის მჟავას მოლეკულის სივრცით კონფიგურაციაში შესაძლებელია კარბონილის ჯგუფის ჟანგბადის ატომისა და ჰიდროქსილის რადიკალის წყალბადის პროტონის მიახლოება.
ჟანგბადის ატომის მეტი ელექტრონეგატიურობის გამო, წყალბადის ნაწილაკების ელექტრონი თითქმის მთლიანად ეცემა ჟანგბადის ბირთვის გავლენის ქვეშ. წყალბადის ბმა წარმოიქმნება სალიცილის მჟავას მოლეკულაში, რომელიც ზრდის ხსნარის მჟავიანობას მასში წყალბადის იონების კონცენტრაციის ზრდის გამო.
შეჯამებით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ატომებს შორის ამ ტიპის ურთიერთქმედება ვლინდება, თუ დონორის ჯგუფი (ნაწილაკი, რომელიც აძლევს ელექტრონს) და მიმღები ატომი, რომელიც იღებს მას, ერთი და იგივე მოლეკულის ნაწილია.
