Г.А. Миронова - Конденсированное состояние вещества - от структурных единиц до живой материи. Т1 (1119317), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Поскольку этого нс пдгтсходнт, та вола(юлная связь имеет талька частично ковалентный зарактер (наряду с основным липа»ь-дипольным вюимсдед)- станем) К(юме того, при слпбаы гк.рекрьпии волновой функции 1гсастояння атома водорода и волновой фуикш)н неподеленной пары зле«- тронов 0 В) межау е«у а жжниь ют татке д палнипльные силы обменного взанмоюбшвня Таким образом, водородная связь межлу молсьуламн я»дастся «амбиннраванной связью, одедстаюя)ошей ссбой сумПбмс)шо) о Нжнып)НВ:гж)й 13одаролпая связь между малек.лай элж трпннакцепзора (Л-Н) и малекулоп электро)юданора () В-Н) привалит к абрззовани)о устайчилого комплеюа Л-Н вЂ” ) В, в ьотодш) атом водорода инжш дш)ь ыпатика, ссодння)ожега фрагменты Л н В (рнс.
3-3). Вола(юлную связь прнняю абшнечшь пунктнрш), Водородная связь — слабое химическое взаимодействие. Э)иргия вадоравной связи обычна лежит в пределах от 4 до 20«Дж)мель (- (0,04 -. 0.2) эВ), причем )ыа силышх валороднык свезед аиа пж палас) (15 л 20) «Д)в)моль (нанример, О-Н" Н, Н 11" О, Н-Н."Л), а для слабых — ° т 4 да 15 кД юмаль Энергия Н-связи, юк правила, превышает энергию ван-тр-еюльсовскога взаимодействия, но, в то же едем», значительно ше крп к еаленюык и иовньп взаимодействии, значения «о- 159 НДС751 150 2»б и!Н-2 торЮ порядка 150 кДж(ьюль. Для молекул азата н анандов углерода э«ври воворашюй связи дащигест 900«Дждиоль, гто соотяетсгвует нигер. гж~у — (1 10) зВ.
При образовании вадорадных связей вылеляетсл энсрпя, равная знещ ни связи Вследствие лромежуюнюго пожжения Н-связи межлу ыи-дцтеаальсоиским и ковалентным юаимодейатваями, рассгоювзе между атосы напорола и аж»»ам (з В) второй молекулы, с «отарым ан взаимодействует. всегда «ревышвег ш ииу кавыснтзюй связи. Средние расстояни» между атомом водорода и взяимадейатвуюшим с и ~м ю омаы в молекуле и в воыродгюй свин предс иыс~ш в ззбл иге Г Д. Так, в воде длина сипи !ГО (1,70 Л') значительно короче сумми еан-лер-вава»сове«их рвлнуаов (1,22 А (дли Н) + 1,14 А (лля О)), но, е та же врщзл, длиннее ковш!ентаой сипи межлу этими »гонами (1,07 А). Озсцифика водородных авязей ыключаетс» иа в каких-либо асо.
езяимодеГыпие маыкул (нифимер, НР, Н,О, ЛН») при»аж!т к их взаимной арне пации, благодаря чему мт»уг образовываться ассациацы мщю«у», а ори пределснньи темгюрахграх — молекулярные ьриа аллы. Например, молекулы фтори- 'Н, Н' агота вадщюы НР в жидком са- Р '.р .Ри Н стоянии икжобны соединял,ся в полимерные структуры Нзрз, Нзрь Н»Р», Н~з, ... (НР)„.
Среде»: 3-4. Зизаг хбрюиые звжи а жилкам фпр е ларл няя атепень асыциации соотвсгатвуст л = б. Встречаются линейные с!РРО)рш, тигюпюбрвзг!ые (рис. 3-!). 1!»иболае стабильную ьсльцсабрюную струк гуру имеет Нзр Вопаралгше сьязи опрслеляют специфичесние сводили валы «ак в жид«ом. так и в твердом состояниях и палробво рассмотрены в часы! «НО)паряпаченныс ьонленсирававные системы . Оп!стим слелуихние .ар мерли особе»осли»ЮОРОЪытсвдзей: — ниправленносп, ьа!орах приводит к струюурираеанию полимерных папочек; — образование жсоциаций молекул, что приводит к по«мщению юппер»тур плавления и кипения, а также к увеличению теплоты пщххзб.
РЕЗО!шли»: 13. И! Нг.оеалымим ою ш)ю!сгы я мелек)» — сохранение нзылеи»уальнсши моыкул и в жидкостял, н в твердык телах; — вазможнасп «ращения ьииекул вокруг водородной связи и перекопа из адншо устойчзюого положения в прутов; — всзниыювсние иишсфобнмх «заимодсйствий, в основе которых лежит июсабиасть молекул к Образованию водородных связей. Водщюдные слизи опреыляют сыцифичесние з»ектрические свойства большинства сспитозлсктрнкав и необычные свайшаа волы, игрек т важную роль в диало т е ык сисюечлх.
Водородные связи оказывают определяющее зли»нас на орштмзшзи~а лространспюннай агруктуры белков, нуыеиновых «полог, спирыьньи молекулярных стр!«т)Р Вспорол~ ше саехныни» ы только явля!отса лоси»очно прочными а силе миожестаеншюти водородных сеюсй, на свисс главное — вследствие нсбол! иай энергии вадаршишх связей зги спадинснги гула реагируют На изменения внешних условий. ВЗЗ. Гидрпфпбыое и гпдрофппьыое пздпмодейстпып По характеру вэаимолействия молекул воды с веществами (молекулами рлспюряемоы вещеспи или поверхнаатью тырлых тел) вюнесиа разлезаются на лве группы: гплрабюбвые и гидрофольпые (от греч.
Ь(тщг — вод« ЬОЬоз — бипнь, страх, РИКΠ— люблю). Зги пошппя были ввезены ЖП»ррюзаьз в Рдб г. З,ЗД. Гидрафильпость Где!Ни»наст! зерактсрна ши зарижсеимх и ползриых ыадеьул остатков сложных молекул, частиц, спасобнык взаимопействоипь с моыкула и лы и и! льлому мс енизму а образованием прачнь~к гнлрат ныл абоычек — «»а!лшх шубок». Устойч иваси, гидрзз ных оболочек (илн сыыитных оболочек попов в других раствОрителях) абьяанастс» иви сильным заряд-дюю ьнм езаи адейсюежм ионов с молекулами растворител», сблыюащими лиогиьныюи электрическим моментами, илн ое мыл влпоюдейсюеием во до Орла-а»щи»ар . Э лгехаиюм!, «огда молекулы растворителя (например, аымы «исяарада молекул волн) прешжзавляют электронныс пары на свободные орбита»и положительного пса«.
Гид)юфнэьныс молекулы содаржат, ка«праеила, нли атомы «исларода О, ыи гидроксияьвые группы ОН, или атомы а«па Н. Дипольиый момент в таких молекулах обрюуетса за счет атигиванил элекцюнной олопзгюпз к атомам О и Н. Облалаюшнм большей алек!рос три пательиостыа. Примерами органических гил!Офильньи веществ, солержаших спиртовую, нли кйхюнилыую, илв амидиую группы, являются такие хоров!а рюпюрн- 161 160 касс(сзб)„СООВ ° рснмюдныв ка!«юшмьп «илот (ныла' ), где М -атом иеталла СН«ССН« п»стан н — с — м» О формвмид «арбонсвая мплота, К- упмводсродньм рад«хан 3.3.2.
Гидрефсбнссг ь и„, юбо и о «я' ООО с ОО О О о 1 не в есле сс»шипения, ьак и вы" с» рт СН»ОН, этиловый *вирт С»Н,ОН, «петен в бюрьммил (рис 3-5) Р 3-5 Пр и р ор сь юр фюпннх мпкьул Сбппошвне у ионов сольвятньп ободочек лпюп в ос»юве того уливишльиого фя«та в химии растворов, что ионы мо»уг сушсспювац. в растворе «ак изслирощнные вр>т ст лр>га самостоятельные соелишння.
Чыбы пелучнп те же ионы в газовой фате, трабюппя большие затраты энергии. Гн»йю»)чбнссгь хярзкгсрна 1шя незаряженных и пшслнрных частиц (юол»ны«гр>пп). Абсолютно гндрофсбных веществ не существ>ст. Даже е«нбгаес врофобныс «с«метла — ппеегх«»ради е (при химической алсорбции) н фморушер дн е (при физической алсорбпни) — обладают сорбцианной способностью.
Основнмэ идом нековаяснцюпз взаимо«с«стен* пшрофобвмх части !друг с кругом язв«шея ван-дср-вася мызское взаимодействие. Силы взаимодействия пшрофсбных частиц с водой име»от ш!исщн амичесь>ю (зш>юпнйнуо) пйи»юду. Онн получили мпв«ние гидрофсби «сил. Приз на иввнкнсвсшм этих снл — большая энергия водородных связей между алскуламн волы. Нислренис исполарных, например уп»еюаороламх, молекул в аопу вмз шет разр>шение всдоровннх саюей, но нрнв1ивп к увеличению энтрепни системы угле«о«ныл-гюд«(65 > 0) и умснынспи»а свобслгюй энергии Р =  — Т5. Однако из-за разр> шелия с»рук уры воды (нарушеш»в системы вшю)юдвмк связей между молекуламн олы) увеличив«ется внутренняя энергия валы ьсэО.
Так как уыж юдороды могут сбраювывшь с водой тольке щн-лср-еаальсоасьие се зн. эмери»н «сторм«сунпственно меньше энергии водородных связей, го в результа е разр>щения во«ором»ых связей. Оезулыируюшее у«сличение ЬВ преипхсдн г >яеличение ТЬ5, так что свободная энергия (энерпп (сльмгалым) всей сишеыы >если'»ивалс« Лд= ЬΠ— ТЬ5 О. Поскольку это энерггпмсски не выгодно, тоупкяю»юроды выт»яки«потоп и водной фяш, по и являспя гфпш»»гнием гилрофобных взаимодействий. В рстуяьташ нпюлярньм молекулы начинают нолт»яки«этьс« лруг к пруту н сбьсдиииься в исоциаты (капли), так «ак прн этом площадь сп»рикссюнення с вовой уменынаетсн и свсбодняя энергия системы пониж«епя.
Г 1Д Н ксаюеи еею иедедспмиял»о е ул Р ° . >-6 х ми пскн дюрму»рпяюаой ы»«е крезо л х — ыл По этой ям причине ншрофобиая макромслеьула в водном рашворе лринимаег глсбулярную (шцххбрюную) форму. Стренлевис «сбьелинению я ассоциап» «влас гсв следствием шлрофгбных взаимодействий. В ««честве примера рассмотрим раствор мыла в вове Мылб — это мнюраспюрнмые соли щелочных металлов (Нс, К, н лр.) жирных (углеводородный раликал К солерю 8 ло 18 ато. С) рбеи ююло (рис. 3-6), пан»имер, стеарат натрия Спн«,СООНа.
В воде ионшш связь На с ««Обо«сильной группой (СОО) разрывается (щюисхолнт так называемая диковин«пни) с сбраюванием юнион«нюрня Н» и двфильиого (соиержашюо и позрофильншй, н гид!юфсбный фраыентм) анионв С Нэ«СОО . 1'рулив СОО средсшвлкег собой поляры>ю го»ювьу молекулы, «ото!жя стремится к ъжном> контакту с водой, в то время ьак ялнфвтический (от греч. «!бр«лип — масло, смела, жнр), то есп. гивр»н~сбнмй, хвост (ра»ньал К) этою контаюя н»бегасг.
Обьенистмс алифатические радикалы выть»кипипгсв гидрофоб ными сил«ми на \ !оверхносгыюль», где они ориентир>1пгсн головкачи ь объем> жцшасги, а хвостами — к шзсасй среде, образуя п»лрофсбньа» поюрхгюатнмй слой (рис. 3-7). Э ю приводит ь значитслыюму уменьшению новсрхноспюпз ната«миня 1 от 72,8. 10 Дхдыз лля чистой водыдо-25- »Оэ Дж)нз(ш»ягндрсфсбнык >тлеводл!юдных жидкостей), поскольку гишюфобные фрагьюпы св«шны тольки ванлер-ваюьсовсюин силами, в мм жду молекул«ми волы действу»ат ОООО ОО О значительна более сильные аодсролные связи При увеличении концентрации мыла, когда алифпичсские Р .3-7. П В юд ла ся в гюеерхнсспюм слое, инген- "1' 6 1, снфицнруегся обрезппние ницслл. Мицеллм (пнсейн 1б2 ЧлстЬ( 163 Гд Н1 Нексе и е пш оо юлтинотекул ~ у~~ ~~~~ф~'Ф В~ '~~ФЪФЪ4 ФМУЬуАч7» Рлс.
38 Мю«лпсосрюшшис в псляшюд (л) и ггмюзнрц~ (Л) сзе,асг Р 3-9 лшщнмыюл ф нь«мс»щудюн«жяигмлиючещс ую н нс аую(юрмы )щеньшищльнсе от лат. шгса — крошка, «рупннка) прелстввлякп собой ' сферической формы шсоци»гы десятков (50 — !00) дг«)клык молекул,, ° которых гюл»рные головки направшны к сторону полярной среды (в„: сяу ше вопию о раствора ммла — ст иещра сферы к водной среле), пьзра- ! фсбиые хвосты — к центру сферы (рнс. 3-8 а).
Молекулы, сбразу!огцие мицеллы, и неассолиированныс молекулы осспжино сбмсниваютс» мсстамн. Характернее врем» зкиэни молекулы в пхтшс мнцеллы сосщвляет-П(1" !О ) с. 3»мк\тгм, что в сильно непалярнык средах ядзс мипеллы (обращенной щ ) образу я ~я «рны и группами (головками) (рис. 3-8 6). Облалан гилро(юбным внутренним сбюьгам, сферические минелли могут захватывать плохо растворимыс в есле гилрсфсбные вещества (например.
молекулы жира). Эпн приншгп лежит в освоив моющего лейсгви мылыюго раствпра, а также иены. Пена предсщелясг собой пузырьки возвуха, окруженные тонким слоем мыльного ращворп Гцврофобная по° срхность пен также мажет захштывап, щщюфабныс загрязнения, а поскольку действующая эффективная поверхность яри ншзи«ин пени значительноо всзрасшсг, то усикиваегся моющее действие раствора. В систеиах жирная кислоте — воца могут сбразовыватьс» ыицешы цилинлрической или пи«токой формы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
