Si observa la cronología del estudio en ciencia química de la capacidad de los átomos de varios elementos para interactuar entre sí, podemos señalar a mediados del siglo XIX. En ese momento, los científicos llamaron la atención sobre el hecho de que los compuestos de hidrógeno de oxígeno, flúor y nitrógeno se caracterizan por un grupo de propiedades que pueden denominarse anómalas.
Estos son, en primer lugar, puntos de fusión y ebullición muy altos, por ejemplo, para el agua o el fluoruro de hidrógeno, que son más altos que para otros compuestos similares. En la actualidad, ya se sabe que estas características de estas sustancias están determinadas por la propiedad de los átomos de hidrógeno de formar un tipo de enlace inusual con los átomos de elementos que tienen un alto índice de electronegatividad. Lo llamaron hidrógeno. Las propiedades de un enlace, los detalles de su formación y ejemplos de compuestos que lo contienen son los puntos principales en los que nos centraremos en nuestro artículo.
Motivo de la conexión
La acción de las fuerzas de atracción electrostática esla base física para la aparición de la mayoría de los tipos de enlaces químicos. Los tipos de enlaces químicos que han surgido debido a la interacción de los núcleos atómicos de carga opuesta de un elemento y los electrones de otro son bien conocidos. Estos son enlaces covalentes no polares y polares, característicos de compuestos simples y complejos de elementos no metálicos.
Por ejemplo, entre el átomo de flúor, que tiene la electronegatividad más alta, y la partícula electroneutra de hidrógeno, cuya nube de un electrón pertenecía inicialmente solo al átomo de H, hay un cambio en la densidad cargada negativamente. Ahora bien, el átomo de hidrógeno mismo puede llamarse correctamente protón. ¿Qué pasa después?
Interacción electrostática
La nube de electrones del átomo de hidrógeno pasa casi por completo hacia la partícula de flúor, y ésta adquiere un exceso de carga negativa. Entre el átomo de hidrógeno desnudo, es decir, sin densidad negativa, un protón, y el ion F- de la molécula vecina de fluoruro de hidrógeno, se manifiesta la fuerza de atracción electrostática. Conduce a la aparición de enlaces de hidrógeno intermoleculares. Debido a su aparición, varias moléculas de HF pueden formar asociados estables a la vez.
La principal condición para la formación de un enlace de hidrógeno es la presencia de un átomo de un elemento químico con alta electronegatividad y un protón de hidrógeno interactuando con él. Este tipo de interacción es más pronunciado en compuestos de oxígeno y flúor (agua, fluoruro de hidrógeno), menos en sustancias que contienen nitrógeno, como el amoníaco, y aún menos en compuestos de azufre y cloro. También se pueden encontrar ejemplos de enlaces de hidrógeno formados entre moléculas en sustancias orgánicas.
Así, en los alcoholes entre los átomos de oxígeno e hidrógeno de los grupos funcionales hidroxilo, también surgen fuerzas de atracción electrostática. Por lo tanto, ya los primeros representantes de la serie homóloga - metanol y alcohol etílico - son líquidos, no gases, como otras sustancias de esta composición y peso molecular.
Energía característica de la comunicación
Comparemos la intensidad energética de los enlaces covalentes (40–100 kcal/mol) y de hidrógeno. Los ejemplos a continuación confirman la siguiente afirmación: el tipo de hidrógeno contiene solo 2 kcal/mol (entre dímeros de amoníaco) a 10 kcal/mol de energía en compuestos de flúor. Pero resulta suficiente que las partículas de algunas sustancias puedan unirse en asociados: dímeros, tetra y polímeros, grupos que consisten en muchas moléculas.
No sólo se encuentran en la fase líquida del compuesto, sino que pueden conservarse sin desintegrarse, al pasar a estado gaseoso. Por lo tanto, los enlaces de hidrógeno, que mantienen las moléculas en grupos, causan puntos de ebullición y fusión anormalmente altos del amoníaco, el agua o el fluoruro de hidrógeno.
Cómo se asocian las moléculas de agua
Tanto las sustancias inorgánicas como las orgánicas tienen varios tipos de enlaces químicos. El enlace químico que surge en el proceso de asociación de partículas polares entre sí, y que se denomina hidrógeno intermolecular, puede cambiar radicalmente la fisicoquímica.características de conexión. Probemos esta afirmación considerando las propiedades del agua. Las moléculas H2O tienen la forma de dipolos, partículas cuyos polos tienen cargas opuestas.
Las moléculas vecinas se atraen entre sí por los protones de hidrógeno cargados positivamente y las cargas negativas del átomo de oxígeno. Como resultado de este proceso, se forman complejos moleculares - asociados, lo que lleva a la aparición de puntos de fusión y ebullición anormalmente altos, alta capacidad calorífica y conductividad térmica del compuesto.
Las propiedades únicas del agua
La presencia de enlaces de hidrógeno entre las partículas de H2O es responsable de muchas de sus propiedades vitales. El agua proporciona las reacciones metabólicas más importantes, la hidrólisis de carbohidratos, proteínas y grasas que ocurren en la célula, y es un solvente. Tal agua, que forma parte del citoplasma o líquido intercelular, se denomina libre. Gracias a los enlaces de hidrógeno entre las moléculas, forma capas de hidratación alrededor de las proteínas y las glicoproteínas, lo que evita que se peguen entre las macromoléculas poliméricas.
En este caso, el agua se llama estructurada. Los ejemplos que hemos dado del enlace de hidrógeno que se produce entre las partículas de H2O demuestran su papel principal en la formación de las propiedades físicas y químicas básicas de las sustancias orgánicas: proteínas y polisacáridos, en los procesos de asimilación y disimilación que ocurren en los sistemas de los organismos vivos, así como en asegurar su equilibrio térmico.
Enlace de hidrógeno intramolecular
El ácido salicílico es uno de los medicamentos conocidos y de uso prolongado con efectos antiinflamatorios, cicatrizantes y antimicrobianos. El ácido en sí, los derivados de bromo del fenol, los compuestos orgánicos complejos son capaces de formar un enlace de hidrógeno intramolecular. Los siguientes ejemplos muestran el mecanismo de su formación. Entonces, en la configuración espacial de la molécula de ácido salicílico, es posible el acercamiento del átomo de oxígeno del grupo carbonilo y el protón de hidrógeno del radical hidroxilo.
Debido a la mayor electronegatividad del átomo de oxígeno, el electrón de la partícula de hidrógeno cae casi por completo bajo la influencia del núcleo de oxígeno. Se produce un enlace de hidrógeno dentro de la molécula de ácido salicílico, lo que aumenta la acidez de la solución debido a un aumento en la concentración de iones de hidrógeno en ella.
Resumiendo, podemos decir que este tipo de interacción entre átomos se manifiesta si el grupo del átomo donante (partícula que dona un electrón) y el átomo aceptor que lo acepta forman parte de la misma molécula.
