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水素結合とは何ですか?タイプ、影響力

水素結合とは何ですか?この関係のよく知られた例は、普通の水(H2O)です。酸素原子(O)は2つの水素原子(H)よりも電気陰性であるため、水素原子から結合電子を引き離しているように見えます。このような共有極性結合の作成の結果として、双極子が形成されます。酸素原子はそれほど大きくない負電荷を獲得し、水素原子は小さな正電荷を獲得します。これは、隣接するH2O分子(つまり水)の酸素原子上の電子(孤立電子対)に引き付けられます。したがって、水素結合は、水素原子と電気陰性原子の間に生じる引力であると言えます。水素原子の重要な特徴は、その結合電子が引き付けられると、その原子核が露出することです(つまり、陽子であり、他の電子によって遮蔽されません)。また、水素結合は共有結合よりも弱いですが、H2O(水)の多くの異常な特性を決定するのはこの結合です。

ほとんどの場合、この結合は原子の関与によって形成されます次の元素:酸素(O)、窒素(N)、フッ素(F)。これは、これらの元素の原子が小さく、電気陰性度が高いためです。原子が大きくなると(硫黄Sまたは塩素Cl)、電気陰性度がN(つまり窒素)に匹敵するという事実にもかかわらず、結果として生じる水素結合は弱くなります。

水素結合には2つのタイプがあります。

1. 水素分子間結合 -たとえば、メタノール、アンモニア、フッ化水素の2つの分子の間に表示されます。
2. 分子内水素結合 -1つの分子の内部に表示されます(例:2-ニトロフェノール)。

また、現在、水素の化学結合は弱くて強いと考えられています。それらは、エネルギーと結合長(原子間の距離)が互いに異なります。

1.水素結合が弱い。エネルギー-10-30kJ / mol、結合長-30。上記のすべての物質は、正常または弱い水素結合の例です。
2.水素結合が強い。エネルギー-400kJ / mol、長さ-23-24。実験データは、次のイオンで強い結合が形成されることを示しています:二フッ化水素イオン[FHF]-、水和水酸化物イオン[HO-H-OH]-、水和オキソニウムイオン[H2O-H-OH2] +、およびさまざまな他の有機および無機化合物。

水素分子間結合の影響

異常な沸点と一部の化合物の融解、蒸発エンタルピー、および表面張力は、水素結合の存在によって説明できます。水には記載されているすべての特性の中で異常な値があり、フッ化水素とアンモニアには沸点と融点があります。固体および液体状態の水とフッ化水素は、水素分子間結合が存在するため、重合していると見なされます。この関係は、これらの物質の融点が高すぎるだけでなく、密度が低いことも説明しています。さらに、溶融中に水素結合が部分的に破壊されるため、水分子(H2O)がより密に詰まります。

一部の物質の二量化(カルボン酸酸、たとえば安息香酸や酢酸)は、それらの中に水素結合が存在することによっても説明できます。二量体は、一緒にリンクされている2つの分子です。このため、カルボン酸の沸点は、ほぼ同じ分子量の化合物の沸点よりも高くなります。たとえば、酢酸(CH3COOH)の沸点は391 Kですが、アセトン(CH3COCH3)の沸点は329Kです。

水素分子内結合の影響

この関係は、構造とプロパティにも影響します。2-および4-ニトロフェノールなどのさまざまな化合物。しかし、水素結合の最も有名で重要な例は、デオキシリボ核酸(略称:DNA)です。この酸の分子は二重らせんの形で巻かれ、その2本の鎖は水素結合によって相互接続されています。

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