Терней - Органическая химия I (1125892), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Иначе говоря, ион в решетке удерживается связью, которая не имеет определенного направления в пространстве. Если рассматривать один ион из пары ионов, то другой ион обычно называется «противоионом». Так, в хлориде натрия ионы Ма~ и С1О являются противоионами. ИОН-ДИПОЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. Молекула воды полярна. Кислородный «конец» обогащен электронами по сравнению с водородным «концом», так как электроотрицательность кислорода больше, чем водорода.
Химик отметил бы это неравное распределение электронной плотности, написав символ 6 + у более положительного конца молекулы и символ 6— Н у\ Н г Рис. 2-3. Различные изображения полярности воды. и" Ив проекция связи по направлению к наблюдателю; Зи пРоекция связи в сторону наблюда- теля; — связи, находящиеся в плоскости бумаги. Такая условя»е изображение, испол»вующееся по всей книге, удобно для иэображения простпранстявенного характера ковалентпной связи, описанного в следуюшем разделе. у отрицательного (рис. 2-3). Вообще, если химики хотят показать, что по электронной плотности один конец молекулы или связи немного отличается от другого, они пользуются символами 6 + или 6 — ~. Мы можем заменить такой полярной молекулой один из ионов в ионионной связи.
Это вызовет электростатическое притяжение между оставшим- Рис. 2-4. Сольватация ионов натрия и хлора. ся ионом и противоположно заряженным концом полярной молекулы. Полярность молекулы воды является следствием полярной природы связи 0 — Н (рассматриваемой ниже); отсюда и название ион-диполъное взаимодействие. Самое обычное проявление ион-дипольного взаимодействия — растворение неорганического соединения (например, ХаС1) в высокополярном растворителе (например, Н 0). В этих условиях ионы ассоциируют с растворителем (т. е.
сольватируютпся); если растворителем служит вода, процесс называется гидратацией (рис. 2-4). Уменьшение энергии, происходящее в процессе сольватации иона, называется энергией содьватации данного иона. е Греческая буква дельта 6 используется в химии в нескольких значениях.
В дан- ном случае она означает «немного». 30 глАвА и Ион-дипольные взаимодействия сравнительно слабы, поэтому не существует молекул, в которых имелись бы исключительно ион-дипольные взаимодействия. ДИПОЛЬ-ДИПОЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. Если ион, участвующий в ион-дипольном взаимодействии, замещают на другую полярную молекулу, то создается ситуация для возникновения диполь-дипольного взаимодецс)пвия. Отметьте, что молекулы воды на рис.
2-5, а расположены таким образом, что противоположно заряженные концы полярных молекул сближены. Подобная картина высокоассоциированного переплетения молекул объясняет относительно высокую температуру плавления, высокую вязкость и- — / ~Г Ф о — н — о а ! ! н ! ' :1Ч (Ьезовсири3оза) езоасири оза) о Р' ! з 5~ ! ! н ! цишозин-гианин ! р н и Р н о и I ы ! у с / н-с' ~ с-с ' — 1Ч ~~; 1Ч З 5' 1Ч С~ез~нсири~оза) ~~О,~-'=Ы ~Ьезонсирибоза) з' н 5' ! шимон-аоенин ! ! Рис. 2-5. Межмолеиулярные водородные связи в воде (а) и водородные связи во фрагменте гена (б).
Две очень длинные цепи ДНК удерживаются в правильном положении по отношению друг н другу за счет различных сил, включая водородные связи. (МсЯ1еегу я. И~. ! В1осоет1са1 Сопсер1з, РЫ1а!)е1р)!1а, Ю. В. Эашп)егз Сошрапу, 1975.) (сопротивление к течению) и низкое давление паров воды. Этот особый тип притяжения — водородная связь — представляет собой один из самых сильных типов диполь-дипольного взаимодействия, но и она существенно слабее ионной связи.
Водородную связь иногда удобно представить себе в виде протона (И~Э), служащего мостиком для двух электронных пар. По одной такой электронной паре находится на каждом из атомов, между которыми существует водородная связь. Факторы, обусловливающие наличие водородной связи, обсуждаются в разд. 2.6. Для того чтобы показать, что водородные связи важны также в молекулах более сложных, чем вода, и то, как они могут удерживать сло)кные молекулы па фиксированном расстоянии друг от друга, па рис.
2-5 приведены водородные связи между двумя очень маленькими фрагментами гена. Ген является очень сложной молекулой, которая долнсна сохранять точно определенную геометрию с тем, чтобы передавать правильную генетическую ин- От гсвязии к мАлым молекулАм 31 формацию. Водородные связи, показанные на рис. 2-5, б, играют решающую роль в обеспечении этой геометрии. А Какие общие характеристики имеют ионные, ион-дипольные и диполь-дипольные связиг ~1ем они отличаются? КОВАЛЕНТНЫЕ СВЯЗИ М'~: Аа АЙА В»А Рис.
2-6. Переход от ковалентной связи к ионной. Электроотрицательность элементов убывает в ряду А > В > М. Очень часто и ковалентную и полярную ковалснтную связи называют «ковалеятными связями». Полярную ковалентную связь иногда называют поляризованной ковалентной связью. электроны принадлежат обоим атомам в равной мере электроны принадлежат обоим атомам не в равной мере электроны смещены к одному из атомов связь, в которой поделенная электронная пара расположена ближе к одному из атомов (более электроотрицательному). В дальнейшем мы будем следовать обычной практике, называя как ковалентные, так и полярные ковалентные связи просто «ковалентными связями». В последующих разделах мы увидим, как с помощью молекулярных орбиталей можно нарисовать картину ковалентного связывания. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОРБИТАЛИ.
Строение молекулы с точки зрения теории молекулярных орбиталей является логическим следствием атомно- орбитальной картины атома (гл. 1). При .,'рассмотрении атомных орбиталей электроны вокруг ядра атома относили к разным энергетическим уровням — орбиталям атома. Этот метод, примененный здесь лишь по отношению к внеигним, или валентггым, электронам атома, позволяет создать молекулярную орбиталь из каждой атомной орбитали, перекрывающейся с другой апголыгой орбиталью.
Таким образом, перекрывание двух атомных орбиталей, по одной от казпдого из двух атомов, дает две молекулярные орбитали; шесть перекрывающихся атомных орбиталей от шести атомов дают шесть молекулярных орбиталей и т. д. » Хотя это и упрощение, но оно нас удовлетворяет. зз Это имеет место только в случае двух одинаковых атомов.— Прим. ред.
Связи, природу которых мы рассматривали до сих пор, были образованы за счет притяжения между противоположно заряженными частицами. Возникает вопрос, могут ли быть связаны два атома, если один из них не способен отдавать свой электрон или электроны другому. (Такая ситуация может возникнуть либо из-за высокого потенциала ионизации первого атома, либо из-за низкого сродства к электрону второго атома.) Ответ: ДА. Два или болыпее число атомов могут образовывать связь, если они обоби~естеляют между собой пару электронов.
Наиболее известная связь такого типа — когда объединяются два электрона от двух атомов (по одному от каждого). Двухэлектронная связь возникает в результате увеличения электронной плотности между двумя ядрамиз. Можно себе представить, что каждое из ядер прочно связано с двумя электронами, и в результате оба ядра удерживаются в непосредственной близости друг от друга. Связь, которая требует взаимодействия (или «перекрывания») двух атомных орбиталей атомов, вовлеченных в связь, называется ковалентной связью. Электронная пара в этой связи поделена между двумя атомами~~. В конечном счете ионные и ковалентные связи представляют два крайних случая в спектре типов связей (рис. 2-6). Промежуточной является поляризованная ковалентная 32 глАвА 2 2.4.
СТРОЕНИЕ НЕКОТОРЫХ МАЛЫХ МОЛЕКУЛ В начале данного раздела мы рассмотрим строение молекулы водорода. МОЛЕКУЛА ВОДОРОДА. Атом водорода имеет один электрон, находящийся на 1з-атомной орбитали. Когда два атома водорода с электро- ! нами, имеющими противоположный спин (т. е.
спин-спаренными), прибли- .1,,~. г~. Рис. 2-7. Образованив коналентной связи Н вЂ” Н. Стрелки, направленные вверх и вниз, представляют электроны с протйвоположным спином. Связывающая молекулярная орбиталь изображена схематически. Н Н Н Н Н)т Н)з связывающие молекулярные србиталц перекрывание атомных ' орбиталей независимые атомные орбитали жаются друг к другу, их атомные орбитали перекрываются с образованием, молекулярной орбитали, которая включает оба протона (рис. 2-7). Такая молекулярная орбиталь «принадлежит» всей молекуле, а не отдельным ато- рас то (, ) Рис, 2-8, Контурная карта алектронной плотности связывающей молекулярной орбитали в Н,.
Протоны (т. е. ядра) изображены точками, Сушественно, что имеется разрыв злектронноа плотности в пространстве между двумя ядрами. мам. Эта молекулярная орбиталь называется связывающей, потому что ее энергия ниже энергии атомных орбиталей, из которых она образована. Контурная карта электронной плотности (рис. 2-8) связывающей молекулярной орбитали, представленной на рис. 2-7, ясно показывает, что пара При заполнении молекулярных орбиталей соблюдаются те же правила, .что и при заполнении атомных орбиталей: 1. Каждая молекулярная орбиталь может содержать максимум два ! электрона; молекулярная орбиталь, относящаяся к ковалентной связи, обычно содержит два электрона. 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
