Vodorod bog‘lanishi nima

Vodorod bog‘lanishi — assotsiatsiyaning bir shakli bo‘lib, u elektrmanfiy atom va vodorod Hatomi o‘rtasida yuzaga keladi; vodorod atomi boshqa elektrmanfiy atom bilan kovalent tarzda bog‘langan bo‘ladi. Bunday atomlarga, xususan, elementlar davriy sistemasining ikkinchi davriga mansub atomlar — azot, kislorod va ftor, shuningdek, elektrmanfiyligi vodorodnikidan ancha yuqori bo‘lgan ayrim boshqa elementlarning atomlari kiradi. Vodorod bog‘lanishlari molekulalararo yoki molekula ichidagi bo‘lishi mumkin.

Tabiati

Ilgari vodorod bog‘lanishi vodorod atomining kichik o‘lchami tufayli kuchayadigan elektrostatik ta’sirlashuv sifatida qaralgan. Kichik o‘lcham o‘zaro ta’sirlashuvchi dipollarning bir-biriga yaqinlashishiga imkon beradi. Shu nuqtayi nazardan u donor-akseptor bog‘lanishiningbir ko‘rinishi deb hisoblangan. Bunda vodorod atomi H, kovalent bog‘ orqali birikkan A atomi bilan birga A–H guruhini hosil qiladi. Bu guruh RA–H molekulasiga tegishli bo‘lib, u boshqa molekuladagi elektrmanfiy atom B joylashgan BR' molekulasi (yoki ayni molekulaning funksional guruhi) bilan valent bo‘lmagan ta’sirlashuvga kirishadi. Natijada barqarorligi turlicha bo‘lgan RA–H···BR′ komplekslari hosil bo‘ladi. Ularda vodorod atomi «ko‘prik» vazifasini bajarib, quyidagi fragmentlarni o‘zaro bog‘laydi: RA va BR′.

Vodorod bog‘lanishini alohida turga ajratishga asos bo‘ladigan xususiyatlar — uning nisbatan kuchsizligi, keng tarqalganligi va ayniqsa organik birikmalardagi ahamiyati. Bundan tashqari, vodorod atomining kichik o‘lchami hamda qo‘shimcha elektronlarga ega emasligi bilan bog‘liq ayrim o‘ziga xos ta’sirlar ham mavjud.

Hozirgi vaqtda kvant-kimyoviy hisoblashlar rivojlanishi bilan molekulyar orbitallar nazariyasi doirasida vodorod bog‘lanishi kovalent bog‘lanishning xususiy holati sifatida qaralmoqda. Bunda elektron zichligi atomlar zanjiri bo‘ylab delokallashadi va uch markazli, to‘rt elektronli bog‘lanishlar (masalan, –H···[F–H···F]–) yoki hatto to‘rt markazli, besh elektronli bog‘lanishlar ( bifurkat bog‘lanishlar hosil bo‘lganda ).

Tarixi

Mazkur «Kimyoviy bog‘lanishning tabiati va molekulalar hamda kristallarning tuzilishi» (The Nature of Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals) kitobi Laynus Polingtomonidan yozilgan va ilk bor 1939-yilda nashr etilgan. Unda vodorod bog‘lanishi haqida dastlab Mur va Vinmill yozganligi qayd etilgan. Ular vodorod bog‘lanishidan foydalanib, trimetilammoniy gidroksid ning asossifatida tetrametilammoniy gidroksidga nisbatan kuchsizroq bo‘lishini vodorod bog‘lanishi bilan izohlagan. Suvdagi vodorod bog‘lanishlarini 1920-yilda Latimer va Rodebush tavsiflagan.

Xossalari

Vodorod bog‘lanishining energiyasi oddiy kovalent bog‘lanish energiyasidan ancha kichik (neytral komplekslar uchun 40 kJ/mol, ion-molekulyar komplekslar uchun esa 160 kJ/mol dan oshmaydi). Biroq bu energiya molekulalarning assotsiatsiyalanishi, ya’ni dimerlar yoki kattaroq klasterlarhosil qilib birikishi uchun yetarlidir. Shu sababli quyidagi moddalarning erish va qaynash haroratlari noodatiy darajada yuqori: vodorod ftorid, suv, ammiak. Ushbu turdagi bog‘lanish ion va kovalent bog‘lanishlardan kuchsizroq bo‘lsa-da, molekulalar ichidagi va molekulalararo ta’sirlashuvlarda juda muhim o‘rin tutadi. Vodorod bog‘lanishlari suv va ko‘plab organik suyuqliklarning (spirtlar, karbon kislotalar, karbon kislotalarning amidlari, murakkab efirlar) fizik xossalarini ko‘p jihatdan belgilaydi. Vodorod bog‘lanishining mustahkamligi (kompleksning hosil bo‘lishentalpiyasi ) kompleks qutbliligiga bog‘liq: galogenvodorod molekulalari va inert gazlar komplekslari uchun ~ 6 kJ/mol dan ion-molekulyar komplekslar uchun 160 kJ/mol gacha o‘zgaradi, jumladan, (AHB)^±; masalan, (H₂O•H•OH₂)⁺kompleksi uchun (u H₂O va H₃O⁺ dan hosil bo‘ladi) gaz fazasida 132 kJ/mol ni tashkil etadi.

Suvda

Grotgus mexanizmi

Suvning noodatiy darajada yuqori issiqlik sig‘imi , shuningdek, ko‘p atomli spirtlarning issiqlik o‘tkazuvchanligi ko‘plab vodorod bog‘lanishlari bilan bog‘liq. Bir suv molekulasi qo‘shni molekulalar bilan to‘rttagacha klassik vodorod bog‘lanishini hosil qilishi mumkin (bifurkat H-bog‘lanishlarni hisobga olganda 5—6 tagacha).

Vodorod bog‘lanishlari suyuqliklarning qaynash haroratini, qovushqoqligini va sirt tarangligini oshiradi. Ular suvning ko‘plab boshqa noyob xossalarini ham yuzaga keltiradi.

Suv klasterlari

Hozirgi ilmiy tasavvurlarga ko‘ra, suv molekulalari orasidagi vodorod bog‘lanishlari suv klasterlari yoki komplekslarining paydo bo‘lishiga olib keladi. Bunday klasterning eng sodda misoli suv dimeri:

{\mathsf {(H_{2}O)_{2}}}={\mathsf {H_{2}O}}\cdots {\mathsf {HOH}}

Suv dimeridagi vodorod bog‘lanishining energiyasi 0,2 eV (≈ 5 kkal/mol), bu qiymat issiqlik harakati energiyasidan, harorat 300 K bo‘lganda, atigi bir tartib yuqori. Shu bilan birga, O–H kovalent bog‘lanishining energiyasi issiqlik energiyasidan 200 marta katta. Demak, vodorod bog‘lanishlari nisbatan kuchsiz va beqaror: ular issiqlik fluktuatsiyalarita’sirida osongina hosil bo‘lishi va yo‘qolishi mumkin, deb qaraladi. Bu esa suvni «oddiy» suyuqlik emas, balki «bog‘langan suyuqlik» sifatida tushunish kerakligini ko‘rsatadi: suv o‘zaro bog‘langan molekulalar tarmog‘i sifatida namoyon bo‘ladi. Suv molekulasining formulasi — ${\mathsf {H_{2}O}}$ , vodorod bog‘lanishlari esa bunday molekulalarni o‘zaro biriktiradi.

Nuklein kislotalar va oqsillarda

Vodorod bog‘lanishi oqsillar va nuklein kislotalarkabi biologik jihatdan muhim moddalarning xossalarini ham katta darajada belgilaydi. Xususan, ikkilamchi tuzilish elementlari (masalan, α-spirallar, β-qatlamlar) va uchlamchi tuzilish elementlari oqsil, RNK va DNK molekulalarida vodorod bog‘lanishlari yordamida barqarorlashadi. Bunday makromolekulalarda vodorod bog‘lanishlari bir makromolekulaning turli qismlarini o‘zaro tutashtirib, uning muayyan shaklda buklanishiga olib keladi. Masalan, DNKning qo‘sh spiral tuzilishi ko‘p jihatdan bir-birini to‘ldiruvchi ikki zanjirdagi nukleotidlar juftlarini o‘zaro biriktiradigan vodorod bog‘lanishlariga bog‘liq.

Polimerlarda

Ko‘plab polimerlarning asosiy zanjirlari vodorod bog‘lanishlari hisobiga mustahkamlanadi. Sintetik polimerlar orasida eng mashhur misol — neylon: unda vodorod bog‘lanishlari materialning kristallanishida asosiy o‘rinni egallaydi. Ular sun’iy olingan polimerlar (masalan, selluloza) va quyidagi tabiiy materiallar tuzilishida ham muhim: yog‘och, paxta va zig‘ir.

Qattiq jismda

Hozirgi vaqtda qattiq jismlar uchun matematik usul — Xirshfeld sirtinihisoblash va tahlil qilish usuli ishlab chiqilgan. U vodorod bog‘lanishlarining molekulalararo ta’sirlashuvlarga qo‘shgan hissasini aniq baholash imkonini beradi. Bu usul yordamida molekulalararo ta’sirlashuvlarning turli turlari hissasini miqdoriy jihatdan o‘zaro taqqoslash ham mumkin.

Biologik tizimlarda

Hujayralarda biologik membranalar (ayniqsa, fosfolipidlimembranalar) shakllanishida vodorod bog‘lanishlari hal qiluvchi rol o‘ynaydi. Ular membranalarning yo‘nalganligini, ya’ni tashqi sirtining suvli muhit — substrat tomonga qaragan bo‘lishini ta’minlaydi.

Adabiyotlar

Kimyo ensiklopediyasi. Sovet ensiklopediyasi. — Moskva, 1988.
V. V. Moskva. Organik kimyoda vodorod bog‘lanishi. Soros ta’lim jurnali, 11999, N 2, 58-64-betlar Arxivlangan nusxa (7-sentabr 2011-yil) — Wayback Machine
Pimentel J., O. Mak-Klellan. Vodorod bog‘lanishi, ingliz tilidan tarjima. — Moskva, 1964.
Epshteyn L. M., Shubina E. S. Vodorod bog‘lanishining turli qirralari // «Priroda» jurnali. — 2003. — № 1.
Vodorod bog‘lanishi. Maqolalar to‘plami. — Moskva, 1964.
Poling L. Kimyoviy bog‘lanish (The chemical bond). — Nyu-York, 1967.

Havolalar

Vodorod bog‘lanishi — «Krugosvet» ensiklopediyasidagi maqola
Vodorod bog‘lanishi / A. V. Yogansen // Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov. — 3-nashr. — Moskva : Sovet ensiklopediyasi, 1969—1978.