Номер 1, страница 24 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Водородная связь — это __________

Водородная связь — это тип химической связи, представляющий собой форму межмолекулярного или внутримолекулярного взаимодействия. Она значительно слабее ковалентных или ионных связей, но сильнее большинства других межмолекулярных сил, таких как ван-дер-ваальсовы взаимодействия.

Механизм образования

Водородная связь возникает при выполнении следующих условий:

1. В молекуле должен присутствовать атом водорода ($H$), ковалентно связанный с очень электроотрицательным атомом-донором ($X$). Чаще всего это фтор ($F$), кислород ($O$) или азот ($N$).
2. В другой молекуле (или в другой части той же молекулы) должен быть электроотрицательный атом-акцептор ($Y$) с неподеленной электронной парой. Атомом-акцептором также обычно выступает $F$, $O$ или $N$.

Из-за высокой электроотрицательности атом-донор $X$ сильно смещает к себе электронную пару ковалентной связи $X-H$. В результате на атоме водорода возникает частичный положительный заряд ($ \delta^+ $), а на атоме $X$ — частичный отрицательный заряд ($ \delta^- $). Протон водорода, почти лишенный электронной оболочки, начинает сильно притягиваться к неподеленной электронной паре атома-акцептора $Y$ соседней молекулы. Это электростатическое притяжение и есть водородная связь. Схематически ее обозначают тремя точками:

$X^{\delta^-}—H^{\delta^+} \cdot\cdot\cdot :Y^{\delta^-}$

Примеры и значение

• Вода ($H_2O$): Водородные связи между молекулами воды являются причиной ее уникальных свойств: аномально высокой температуры кипения (100 °C), высокой теплоемкости, высокого поверхностного натяжения и того факта, что лед (твердая фаза) имеет меньшую плотность, чем жидкая вода. Каждая молекула воды может участвовать в образовании четырех водородных связей.
• Биомолекулы: Водородные связи играют ключевую роль в биологии. Они стабилизируют вторичную структуру белков (α-спирали и β-складчатые листы). В молекуле ДНК две полинуклеотидные цепи удерживаются вместе именно водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями (две связи между аденином и тимином, три — между гуанином и цитозином).
• Другие вещества: Водородные связи образуются в спиртах ($R-OH$), карбоновых кислотах ($R-COOH$), аммиаке ($NH_3$), фтороводороде ($HF$) и многих других соединениях, что существенно влияет на их физические свойства (например, повышает температуру кипения и определяет растворимость).

Свойства водородной связи

• Энергия: Энергия водородной связи составляет примерно 5–30 кДж/моль. Это в 10–20 раз меньше энергии типичной ковалентной связи (например, $O-H$ в воде ~460 кДж/моль).
• Направленность: Связь является направленной. Максимальная прочность достигается, когда донорный атом $X$, атом водорода $H$ и акцепторный атом $Y$ расположены на одной прямой. Эта направленность обуславливает упорядоченную кристаллическую структуру льда.
• Типы: Различают межмолекулярные (между разными молекулами) и внутримолекулярные (в пределах одной молекулы) водородные связи.

Ответ: Водородная связь — это электростатическое притяжение между положительно поляризованным атомом водорода ($H^{\delta^+}$), который ковалентно связан с сильно электроотрицательным атомом (например, $O$, $N$, $F$), и неподеленной электронной парой другого электроотрицательного атома. Эта связь определяет многие важные физические, химические и биологические свойства веществ и систем.