Si ens fixem en la cronologia de l'estudi en ciència química de la capacitat dels àtoms de diversos elements per interactuar entre ells, podem destacar la meitat del segle XIX. En aquell moment, els científics van cridar l'atenció sobre el fet que els compostos d'hidrogen d'oxigen, fluor i nitrogen es caracteritzen per un grup de propietats que es poden anomenar anòmals.
Són, en primer lloc, punts de fusió i ebullició molt elevats, per exemple, per a l'aigua o el fluorur d'hidrogen, que són més alts que per a altres compostos similars. Actualment, ja se sap que aquestes característiques d'aquestes substàncies estan determinades per la propietat dels àtoms d'hidrogen de formar un tipus d'enllaç inusual amb els àtoms d'elements que tenen un alt índex d'electronegativitat. Li deien hidrogen. Les propietats d'un enllaç, les especificitats de la seva formació i exemples de compostos que el contenen són els punts principals en què ens centrarem al nostre article.
Motiu de la connexió
L'acció de les forces d'atracció electrostàtica ésla base física per a l'aparició de la majoria dels tipus d'enllaços químics. Els tipus d'enllaços químics que han sorgit a causa de la interacció de nuclis atòmics de càrrega oposada d'un element i electrons d'un altre són ben coneguts. Són enllaços covalents no polars i polars, característics de compostos simples i complexos d'elements no metàl·lics.
Per exemple, entre l'àtom de fluor, que té la major electronegativitat, i la partícula electroneutre d'hidrogen, el núvol d'un electró de la qual inicialment només pertanyia a l'àtom H, hi ha un canvi en la densitat de càrrega negativa.. Ara bé, el propi àtom d'hidrogen es pot anomenar protó. Què passa després?
Interacció electrostàtica
El núvol d'electrons de l'àtom d'hidrogen passa gairebé completament cap a la partícula de fluor i adquireix un excés de càrrega negativa. Entre l'àtom d'hidrogen, un protó, nu, és a dir, sense densitat negativa, i l'ió F- de la molècula de fluorur d'hidrogen veïna, es manifesta la força d'atracció electrostàtica. Condueix a l'aparició de ponts d'hidrogen intermoleculars. A causa de la seva aparició, diverses molècules d'HF poden formar associats estables alhora.
La condició principal per a la formació d'un enllaç d'hidrogen és la presència d'un àtom d'un element químic amb una alta electronegativitat i un protó d'hidrogen que interacciona amb ell. Aquest tipus d'interacció és més pronunciada en els compostos d'oxigen i fluor (aigua, fluorur d'hidrogen), menys en substàncies que contenen nitrogen, com l'amoníac, i encara menys en compostos de sofre i clor. També es poden trobar exemples d'enllaços d'hidrogen formats entre molècules en substàncies orgàniques.
Així, en els alcohols entre els àtoms d'oxigen i d'hidrogen dels grups hidroxil funcionals, també sorgeixen forces d'atracció electrostàtica. Per tant, ja els primers representants de la sèrie homòloga -metanol i alcohol etílic- són líquids, no gasos, com altres substàncies d'aquesta composició i pes molecular.
Energia característica de la comunicació
Comparem la intensitat energètica dels enllaços covalents (40–100 kcal/mol) i d'hidrogen. Els exemples següents confirmen la següent afirmació: el tipus d'hidrogen conté només 2 kcal/mol (entre dímers d'amoníac) a 10 kcal/mol d'energia en compostos de fluor. Però resulta que n'hi ha prou perquè les partícules d'algunes substàncies es puguin unir en associades: grups dímers, tetra i polímers formats per moltes molècules.
No només es troben en la fase líquida del compost, sinó que es poden conservar sense desintegrar-se, en passar a l'estat gasós. Per tant, els enllaços d'hidrogen, que mantenen les molècules en grups, provoquen punts d'ebullició i fusió anormalment alts de l'amoníac, l'aigua o el fluorur d'hidrogen.
Com s'associen les molècules d'aigua
Tant les substàncies inorgàniques com les orgàniques tenen diversos tipus d'enllaços químics. L'enllaç químic que sorgeix en el procés d'associació de partícules polars entre si, i s'anomena hidrogen intermolecular, pot canviar radicalment el fisicoquímic.característiques de connexió. Demostrem aquesta afirmació considerant les propietats de l'aigua. Les molècules H2O tenen la forma de dipols: partícules els pols de les quals porten càrregues oposades.
Les molècules veïnes s'atreuen les unes a les altres pels protons d'hidrogen carregats positivament i les càrregues negatives de l'àtom d'oxigen. Com a resultat d'aquest procés, es formen complexos moleculars, associats, que donen lloc a l'aparició de punts d'ebullició i fusió anormalment alts, alta capacitat de calor i conductivitat tèrmica del compost.
Les propietats úniques de l'aigua
La presència d'enllaços d'hidrogen entre les partícules H2O és responsable de moltes de les seves propietats vitals. L'aigua proporciona les reaccions metabòliques més importants -la hidròlisi d'hidrats de carboni, proteïnes i greixos que es produeix a la cèl·lula- i és un dissolvent. Aquesta aigua, que forma part del citoplasma o líquid intercel·lular, s'anomena lliure. Gràcies als enllaços d'hidrogen entre molècules, forma capes d'hidratació al voltant de proteïnes i glicoproteïnes, que impedeixen que s'enganxin entre les macromolècules del polímer.
En aquest cas, l'aigua s'anomena estructurada. Els exemples que hem donat de l'enllaç d'hidrogen que es produeix entre les partícules de H2O demostren el seu paper principal en la formació de les propietats físiques i químiques bàsiques de les substàncies orgàniques: proteïnes i polisacàrids, en els processos d'assimilació i dissimilació que es produeixen en els sistemes d'organismes vius, així com en garantir el seu equilibri tèrmic.
Enllaç d'hidrogen intramolecular
L'àcid salicílic és un dels medicaments coneguts i utilitzats durant molt de temps amb efectes antiinflamatoris, cicatritzants i antimicrobians. El propi àcid, els derivats bromo del fenol, els compostos orgànics complexos són capaços de formar un enllaç d'hidrogen intramolecular. Els exemples següents mostren el mecanisme de la seva formació. Així, en la configuració espacial de la molècula d'àcid salicílic, és possible l'aproximació de l'àtom d'oxigen del grup carbonil i del protó d'hidrogen del radical hidroxil.
A causa de la major electronegativitat de l'àtom d'oxigen, l'electró de la partícula d'hidrogen cau gairebé completament sota la influència del nucli d'oxigen. A l'interior de la molècula d'àcid salicílic es produeix un enllaç d'hidrogen, que augmenta l'acidesa de la solució a causa d'un augment de la concentració d'ions d'hidrogen en ella.
En resum, podem dir que aquest tipus d'interacció entre àtoms es manifesta si el grup del donant (partícula que dona un electró) i l'àtom acceptor que l'accepta formen part d'una mateixa molècula.
