Влияние межмолекулярных сил на структуру и свойства
Межмолекулярное диполь-дипольное притяжение, особенно водородная связь, оказывает большое влияние на структуру и физические свойства многих элементов и соединений. Например, диполь-дипольное притяжение обусловливает втягивание молекул воды с поверхности внутрь жидкости. Это объясняет существование вогнутого мениска воды в стеклянном стакане, а также сферическую форму капель воды.
Водородная связь в некоторых соединениях объясняет аномально высокие значения их температур плавления и кипения, поверхностного натяжения и энтальпии испарения. На рис. 2.25 в графической форме показаны температуры плавления и кипения, а также энтальпия испарения для гидридов элементов VI группы. Вода, единственный гидрид среди этих соединений, в котором существует водородная связь, имеет аномально высокие значения всех указанных свойств. Аналогичная закономерность обнаруживается у гидридов элементов V и VII групп. Аммиак (среди гидридов элементов V группы) и фтороводород (среди гидридов элементов VlI группы) имеют аномально высокие температуры плавления и кипения.
Фтороводород и вода, находящиеся в жидком и твердом состояниях, из-за наличия межмолекулярных водородных связей могут считаться полимеризованными. На рис. 2.26 изображена трехмерная модель структуры льда. Водородная связь объясняет не только высокую температуру плавления, но также его малую плотность. При плавлении водородные связи частично разрушаются, и молекулы воды получают возможность упаковываться плотнее.
Экспериментальные определения относительной молекулярной массы карбоновых кислот, например уксусной и бензойной, показывают, что они существуют в форме
Аномально высокая энтальпия испарения воды, обусловленная водородными связями, делает воду эффективным средством охлаждения.
димеров, т.е. двух связанных между собой молекул. По-видимому, их димеризация обусловлена образованием водородных связей между двумя молекулами (рис. 2.27, а). В результате температуры кипения карбоновых кислот оказываются выше, чем у соединений с приблизительно такими же относительными молекулярными массами. Например, уксусная кислота CH3COOH (M = 60) имеет температуру кипения 391 К, тогда как ацетон CH3COCH3 (M = 58) имеет температуру кипения 329 К.
Некоторые кислоты, как, например, азотная и серная кислота, тоже образуют водородные связи. На рис. 2.27,6 схематически изображены водородные связи между молекулами серной кислоты.
Все рассмотренные выше примеры относятся к межмолекулярной водородной связи. Внутримолекулярная водородная связь тоже оказывает влияние на структуру и
Рис. 2.26. Структура льда. Каждая молекула воды связана водородными связями с четырьмя окружающими молекулами воды. Две из этих водородных связей обусловлены атомами водорода данной молекулы воды и еще две обусловлены атомами водорода окружающих молекул воды. Поэтому лед имеет тетраэдри-ческую структуру, подобную структуре алмаза (см. разд. 3.2), но не точно такую же.
по-видимому, наиоолее важным и, несомненно, одним из наиоолее известных примеров влияния внутримолекулярной водородной связи на структуру является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК свернута в виде двойной спирали. Две нити этой двойной спирали связаны друг с другом водородными связями (см. об этом подробнее в гл. 20).
свойства некоторых соединений. В качестве примера укажем изомеры нитрофенола: 2-и 4-нитрофенол. Как показано на рис. 2.18, в молекулах 2-нитрофенола имеется внутримолекулярная водородная связь; в отличие от них молекулы 4-нитрофенола образуют межмолекулярные водородные связи.
Оглавление: