Номер 3, страница 201 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. Какую химическую связь называют водородной? В чём особенности водородной связи? Что можно сказать о прочности водородных связей по сравнению с ковалентными и ионными? Какое значение имеет водородная связь в химии и биологии?

Какую химическую связь называют водородной?
Водородной связью называют вид химической связи, представляющий собой электростатическое притяжение между положительно поляризованным атомом водорода ($H^{δ+}$) одной молекулы (или части одной и той же молекулы) и отрицательно поляризованным атомом с высокой электроотрицательностью ($F^{δ-}$, $O^{δ-}$, $N^{δ-}$) другой молекулы (или другой части той же молекулы). Атом водорода должен быть ковалентно связан с другим электроотрицательным атомом. В результате этой ковалентной связи электронная плотность смещается от водорода, и он приобретает частичный положительный заряд ($δ+$), что позволяет ему притягиваться к неподеленной электронной паре другого электроотрицательного атома. Схематически водородную связь можно изобразить так: $A^{δ-}—H^{δ+} \cdot \cdot \cdot B^{δ-}$, где $A$ и $B$ – это сильно электроотрицательные атомы (чаще всего $F, O, N$), сплошная линия – ковалентная полярная связь, а пунктирная – водородная связь.
Ответ: Водородная связь — это электростатическое притяжение между атомом водорода, ковалентно связанным с сильно электроотрицательным атомом, и другим электроотрицательным атомом.

В чём особенности водородной связи?
Водородная связь имеет несколько ключевых особенностей, отличающих её от других типов межмолекулярных взаимодействий:
1. Направленность. Водородная связь имеет определённую направленность в пространстве. Максимальная прочность достигается, когда донорный атом (с которым ковалентно связан водород), атом водорода и акцепторный атом (к которому притягивается водород) лежат на одной прямой.
2. Насыщаемость. Атомы могут образовывать ограниченное число водородных связей. Например, в молекуле воды атом кислорода может участвовать в образовании четырёх водородных связей: две как донор (через свои атомы водорода) и две как акцептор (через свои неподеленные электронные пары).
3. Специфичность. Для образования связи необходимы特定条件: наличие донора (атом водорода, связанный с электроотрицательным атомом) и акцептора (электроотрицательный атом с неподеленной электронной парой).
4. Кооперативность. Образование одной водородной связи в системе может способствовать усилению и образованию соседних водородных связей.
Ответ: Особенности водородной связи — это её направленность, насыщаемость, специфичность и кооперативный характер.

Что можно сказать о прочности водородных связей по сравнению с ковалентными и ионными?
Водородная связь значительно слабее внутримолекулярных связей, таких как ковалентная и ионная. Энергия водородной связи обычно составляет 10–40 кДж/моль. Для сравнения, энергия ковалентных связей находится в диапазоне 150–1100 кДж/моль, а энергия ионных связей – 400–4000 кДж/моль. Таким образом, водородная связь примерно в 10–20 раз слабее обычной ковалентной связи. Несмотря на свою относительную слабость по сравнению с ковалентными и ионными связями, водородная связь является самым прочным типом межмолекулярного взаимодействия (сильнее, чем ван-дер-ваальсовы силы).
Ответ: Водородные связи значительно слабее ковалентных и ионных связей (примерно в 10-20 раз), но являются самым сильным типом межмолекулярных взаимодействий.

Какое значение имеет водородная связь в химии и биологии?
Водородные связи играют фундаментальную роль как в химии, так и в биологии.
В химии:
- Они объясняют аномально высокие температуры кипения и плавления таких веществ, как вода ($H_2O$), аммиак ($NH_3$) и фтороводород ($HF$), по сравнению с другими гидридами элементов тех же групп.
- Определяют растворимость многих веществ в воде. Вещества, способные образовывать водородные связи с водой (например, спирты, сахара), хорошо в ней растворяются.
- Формируют структуру многих жидких и твёрдых веществ. Например, уникальная кристаллическая структура льда, из-за которой его плотность меньше плотности жидкой воды, обусловлена упорядоченной сеткой водородных связей.
В биологии:
- Являются основой структуры двойной спирали ДНК, соединяя комплементарные азотистые основания (аденин с тимином, гуанин с цитозином). Относительная слабость этих связей позволяет спирали расплетаться для процессов репликации и транскрипции.
- Определяют вторичную (α-спирали, β-листы) и третичную структуру белков, что критически важно для их биологической функции, например, для работы ферментов.
- Обуславливают уникальные свойства воды, которые делают её идеальной средой для жизни: высокая теплоёмкость, высокая теплота испарения, роль универсального растворителя.
Ответ: В химии водородные связи определяют физические свойства веществ (температуры кипения, растворимость) и структуру (лёд). В биологии они стабилизируют структуру ДНК и белков, обеспечивая их функционирование, и обусловливают жизненно важные свойства воды.