Атом кислорода в гидроксильной группе карбоновых кислот: 1)не имеет заряда 2)имеет частичный положительный заряд 3)имеет частичный отрицательный заряд 4)имеет целый отрицательный заряд —

Вопрос:Что такое межмолекулярная водородная связь?

Ответ: Межмолекулярная водородная связь – это

Когда водородная связь присутствует между несколькими разными молекулами, это называется межмолекулярной водородной связью. Электроотрицательные атомы, такие как кислород, фтор, азот и т. Д., Образовали ковалентную связь с электроположительным атомом водорода.

• Alh3 Структура Льюиса, геометрия: 9 фактов, которые вы должны знать
• Структура Льюиса BH3, характеристики: 13 фактов, которые нужно знать
• Структура Льюиса BBr3, характеристики: 13 фактов, которые необходимо знать
• Структура Бао Льюиса, характеристики: 13 быстрых фактов, которые нужно знать
• Структура Льюиса Bacl2, характеристики: 13 быстрых фактов, которые нужно знать
• Структура Льюиса Asf5, геометрия: 13 фактов, которые вы должны знать

1. Слабые взаимодействия в водных средах

Наличие водородных связей приводит к большому внутреннему сцеплению между молекулами воды и делает ее жидкой при комнатной температуре, а также способствует образованию высокоупорядоченной кристаллической структуры льда (твердое состояние). Полярные биомолекулы легко растворяются в воде, поскольку они способны вытеснить воду из связи вода-вода с образованием энергетически более выгодной связи вода-растворенное вещество.

Напротив, неполярные вещества мешают взаимодействию вода-вода, но не способны образовывать связь вода-растворенное вещество, другими словами, неполярные вещества плохо растворяются в воде. В водных растворах неполярные вещества часто образуют кластеры.

Водородные связи, ионные, гидрофобные (от греч. боящийся воды) и ван-дер-ваальсовы взаимодействия по отдельности довольно слабые, однако вместе они оказывают весьма значительное влияние на трехмерную структуру белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и мембранных липидов.

Таблица 2-1. Температура плавления, температура кипения и теплота испарения некоторых обычных растворителей

*Количество тепловой энергии, необходимое для превращения 1,0 г жидкости при температуре ее кипения и атмосферном давлении в газообразное состояние при тех же значениях температуры и давления. Эта величина является мерой той энергии, которую нужно затратить на преодоление сил притяжения между молекулами в жидкой фазе.

Необычные свойства воды обусловлены наличием водородных связей

По сравнению с большинством других жидкостей вода имеет высокие температуры плавления и кипения и теплоту испарения (табл. 2-1). Эти особенности воды являются результатом сильного притяжения между ее соседними молекулами, вследствие чего жидкая вода характеризуется большим внутренним сцеплением.

Каждый атом водорода в молекуле воды имеет общую пару электронов с центральным атомом кислорода. Геометрия молекулы определяется формой внешних электронных орбита- лей кислорода, которые имеют структуру, аналогичную связывающим sp3 орбиталям углерода (рис. 1-14).

Эти орбитали располагаются в форме неправильного тетраэдра, имеющего по одному атому водорода в каждом из двух углов и неподеленные электронные пары кислорода в двух других углах (рис. 2-1, а). Угол, образуемый связью Н-О-Н, составляет 104,5° — чуть меньше, чем в правильном тетраэдре (109,5°), что связано с взаимным отталкиванием неподеленных электронных пар кислорода.

Рис. 2-1. Строение молекулы воды, а) Биполярная природа молекулы воды показана с помощью шаростержневой модели. Пунктирными линиями обозначены несвязывающие орбитали. Электронные пары, расположенные на внешних электронных орбиталях, образуют вокруг атома кислорода неправильный тетраэдр.

Каждый атом водорода несет частичный положительный (δ ), а атом кислорода — частичный отрицательный заряд (2δ-). б) Две молекулы Н2О связаны водородной связью (здесь и далее водородная связь обозначается тремя голубыми черточками), соединяющей атом кислорода верхней молекулы и атом водорода нижней молекулы. Водородные связи длиннее и слабее, чем ковалентные связи О-Н.

Ядро атома кислорода притягивает электроны сильнее, чем ядро водорода (протон), т. е. кислород является более электроотрицательным. В результате положение поделенной нары электронов между кислородом и водородом не равноудаленное — электроны чаще расположены ближе к атому кислорода, чем к атому водорода.

Такая асимметрия приводит к образованию в молекуле воды двух электрических диполей — но одному вдоль каждой связи Н-О. В результате на водороде сосредоточивается частичный положительный заряд (δ ), а на кислороде — частичный отрицательный, равный по модулю сумме двух частичных положительных зарядов (2δ-).

Этим и объясняется электростатическое притяжение между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы (рис. 2-1, б), называемое водородной связью. В данной книге мы будем изображать водородную связь в виде трех голубых параллельных черточек, как на рис. 2-1,6.

Водородные связи сравнительно слабые. Энергия диссоциации (энергия, необходимая для разрыва связи) водородной связи в жидкой воде составляет 23 кДж/моль, тогда как энергия диссоциации ковалентной связи О-Н воды равна 470 кДж/моль, а ковалентной С-С-связи 348 кДж/моль.

В образование водородной связи 10% вносят ковалентные взаимодействия (за счет перекрывания электронных орбиталей), а 90% — электростатические взаимодействия. При комнатной температуре тепловая энергия водного раствора (кинетическая энергия движения отдельных атомов и молекул) имеет тот же порядок величины, что и энергия диссоциации водородной связи.

Повышение температуры при нагревании воды приводит к ускорению отдельных молекул. В каждый момент времени большинство молекул жидкой воды участвует в образовании водородных связей, однако время жизни каждой водородной связи составляет лишь от 1 до 20 пикосекунд (1 пс = 10-12 с).

При разрыве одной водородной связи через 0,1 пс образуется другая — с тем же или с новым партнером. Короткоживущие группы молекул воды, связанные водородными связями, были удачно названы «мерцающими кластерами». Все водородные связи между молекулами определяют сильное внутреннее сцепление жидкой воды.

Протяженные сети связанных водородными связями молекул воды включают в себя и молекулы растворенных веществ (белков, нуклеиновых кислот и др.), что позволяет большим молекулам взаимодействовать друг с другом на расстояниях нескольких нанометров без прямого физического контакта.

Поскольку расположение электронных орбиталей вокруг атома кислорода близко к тетраэдрическому (рис. 2-1, а), каждая молекула воды способна образовать водородные связи максимум с четырьмя соседними молекулами воды. Так как в жидком состоянии при атмосферном давлении молекулы воды находятся в непрерывном движении, то считают, что каждая молекула в любой момент времени образует водородные связи в среднем с 3,4 других молекул.

Напротив, во льду молекулы зафиксированы в пространстве и оказываются связанными с максимально возможным количеством соседей; при этом образуется регулярная пространственная решетка (рис. 2-2). Для того чтобы разорвать достаточное число водородных связей и нарушить кристаллическую решетку льда, требуется много тепловой энергии, что выражается в сравнительно высокой температуре плавления воды (табл. 2-1). При плавлении льда или испарении воды затрачивается тепловая энергия:

Н2О (твердая) —> Н2О (жидкая)

 ∆Н = 5,9 кДж/моль

Н2О (жидкая) —> Н2О (газ)

 ∆Н = 44,0 кДж/моль

Рис. 2-2. Водородные связи между молекулами воды во льду. Каждая молекула воды во льду связана с четырьмя другими молекулами воды (максимально возможное число для воды), так что при этом образуется регулярная кристаллическая решетка. В жидкой воде при комнатной температуре и при атмосферном давлении каждая молекула воды связана водородными связями приблизительно с 3,4 молекул.

В процессе плавления или испарения энтропия системы повышается, поскольку высокоорганизованная структура молекул (лед) переходит в менее организованное (вода) или в полностью дезорганизованное состояние (пар). При комнатной температуре плавление льда и испарение воды происходят самопроизвольно: стремление молекул воды ассоциировать посредством образования водородных связей оказывается слабее энергетической выгоды от перехода к хаотическому состоянию.

Вспомним, что для самопроизвольного протекания процесса изменение свободной энергии (∆G) должно быть отрицательной величиной: ∆G = ∆Н — T∆S, где ∆G представляет собой движущую силу процесса, ∆Н — изменение энтальпии, связанное с образованием и разрывом связей, а ∆S отражает изменение упорядоченности системы.

Вода образует водородные связи с полярными растворенными веществами

Водородные связи существуют не только в воде. Они легко образуются между электроотрицательным атомом (акцептором водорода, в качестве которого обычно выступает кислород или азот) и атомом водорода, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом (донором водорода) в той же самой или в другой молекуле (рис. 2-3).

Атомы водорода, связанные ковалентной связью с углеродом, не участвуют в образовании водородных связей, поскольку электроотрицательность атома углерода лишь немного выше, чем водорода, и, следовательно, связь С-Н практически неполярна. Именно этим различием объясняется сравнительно высокая температура кипения бутилового спирта CH3(CH2)

2CH2ОH (117 °С) и низкая — у бутана СН3(СН2)2СН3 (-0,5 °С). В молекуле бутилового спирта есть полярная гидроксильная группа, которая может участвовать в образовании межмолекулярных водородных связей.

Незаряженные, но полярные биомолекулы (такие как сахара) легко растворяются в воде благодаря стабилизационному эффекту от образования водородных связей между гидроксильными группами или карбонильным кислородом сахара и полярными молекулами воды. Спирты, альдегиды, кетоны и соединения, содержащие связи N-Н, образуют водородные связи с молекулами воды (рис. 2-4) и обычно хорошо растворяются в воде.

Рис. 2-3. Типы водородных связей, наиболее часто встречающиеся в биологических системах. Акцептором водорода обычно служит атом кислорода или азота; донором водорода является другой электроотрицательный атом.

Рис. 2-4. Некоторые водородные связи, имеющие важное значение для биологических систем.

Водородные связи обладают наибольшей прочностью в тех случаях, когда взаимная ориентация связанных между собой молекул обеспечивает максимальную энергию электростатического взаимодействия. Такая ситуация наблюдается, если атом водорода и два делящих его атома расположены на одной прямой, т. е. если акцептор находится на одной линии с ковалентной связью между атомом донора и атомом водорода (рис. 2-5) и, если положительно заряженный ион водорода находится ровно между частичными отрицательными зарядами на атомах кислорода.

Другими словами, водородная связь характеризуется определенной направленностью и вследствие этого способна удерживать обе связанные с се помощью молекулы или группы в определенной ориентации. Ниже мы увидим, что именно это свойство водородных связей способствует стабилизации строго определенных трехмерных структур, характерных для молекул белков и нуклеиновых кислот, имеющих большое число внутримолекулярных водородных связей.

Рис. 2-5. Направленность водородной связи. Максимальное притяжение между частичными электрическими зарядами (рис. 2-1) реализуется в том случае, когда три атома (в данном случае О, Н и O), участвующие в образовании водородной связи, лежат на одной прямой.

Между водой и заряженными веществами существуют электростатические взаимодействия

Вода является полярным растворителем. В ней легко растворяется большинство биомолекул, которые обычно представляют собой заряженные или полярные вещества (табл. 2-2). Легко растворяющиеся в воде вещества называют гидрофильными (от греч. любящий воду).

Вода растворяет такие соли, как NaCl, гидратируя и стабилизируя ионы Na и Сl путем ослабления электростатических взаимодействий между ними, тем самым препятствуя их ассоциации с образованием кристаллической структуры (рис. 2-6). Те же принципы применимы и к растворению заряженных биомолекул, содержащих такие функциональные группы, как ионизованная карбоксильная группа (-СОО-), протонированная аминогруппа (-NH3 ), а также эфиры или ангидриды фосфорной кислоты.

Вода легко растворяет подобные вещества, при этом водородные связи в молекулах растворенных веществ заменяются водородными связями между растворенным веществом и водой, кроме того, экранируются электростатические взаимодействия между молекулами растворенного вещества.

Воду очень удобно использовать для оценки электростатических взаимодействий между растворенными ионами, поскольку она имеет высокую диэлектрическую проницаемость (этот физический параметр отражает количество диполей в растворителе). Сила ионных взаимодействий в растворе (F) зависит от величины заряда (Q), расстояния между заряженными группами (r) и диэлектрической проницаемости растворителя (ε, безразмерная величина), в котором происходит взаимодействие:

Рис. 2-6. Вода как растворитель. Хорошая растворимость в воде многих кристаллических солей обусловлена гидратацией ионов, образующих эти соли. Кристаллическая решетка NаСl распадается, по мере того как молекулы воды окружают ионы и Сl-. Заряды ионов частично нейтрализуются, и электростатическое притяжение, необходимое для образования решетки, ослабевает.

Диэлектрическая проницаемость воды при 25 °С равна 78,5, а для такого неполярного растворителя, как бензол, ε = 4,6. Таким образом, ионные взаимодействия между растворенными ионами сильнее проявляются в неполярных, чем в полярных средах. Зависимость силы ионных взаимодействий от расстояния (от 1/г2) приводит к тому, что в воде притяжение или отталкивание ионов действует лить на очень коротком расстоянии — в диапазоне от 10 до 40 им в зависимости от концентрации электролита.

Таблица 2-2. Примеры полярных, неполярных и амфифильных биомолекул (в ионной форме при рН 7)

При растворении кристаллических веществ энтропия возрастает

При растворении соли NaCl ионы Na и Сl покидают кристаллическую решетку и получают большую свободу передвижения (рис. 2-6). Легкость растворения в воде таких солей, как NaCl, во многом объясняется ростом энтропии в системе (усилением беспорядка). В терминах термодинамики, образованию раствора способствует изменение свободной энергии: ∆G = ∆Н — T∆S, где ∆Н имеет небольшое положительное значение, a T∆S — большое положительное значение, отсюда A∆G <0.

Неполярные газы плохо растворяются в воде

Важные для биологических систем молекулы СO2, O2 и N2 неполярны. В молекулах кислорода и азота электроны поделены поровну между обоими атомами. В молекуле СO2каждая связь С=O полярная, однако два диполя имеют противоположное направление и нейтрализуют друг друга (табл. 2-3).

Переход молекул из неупорядоченного состояния в газовой фазе в водный раствор нарушает свободу их перемещения и движение молекул воды, т. е. сопровождается снижением энтропии. Неполярная природа молекул и снижение энтропии при переходе из газовой фазы в жидкость определяют очень плохую растворимость этих соединений (табл. 2-3).

У некоторых организмов имеются растворимые в воде белки- нереносчики (например, гемоглобин и миоглобин), облегчающие транспорт кислорода. Диоксид углерода образует в воде угольную кислоту (Н2СO3) и переносится в виде иона бикарбоната (НСO3-) либо в свободном состоянии (бикарбонат очень хорошо растворим в воде:

Таблица 2-3. Растворимость некоторых газов в воде

* Стрелками показаны электрические диполи: направление от области с частичным положительным зарядом (δ , здесь не показано) к области с частичным отрицательным зарядом (δ-).

** Заметьте, что полярные молекулы растворяются в воде даже при низкой температуре лучше, чем неполярные молекулы при повышенной температуре.

Неполярные вещества при растворении вызывают энергетически невыгодные изменения в структуре воды

При смешивании воды с бензолом или гексаном образуются две фазы. Неполярные соединения (бензол и гексан) гидрофобны, т. е. они не способны вступать в энергетически выгодные взаимодействия с молекулами воды и нарушают водородные связи, существующие между молекулами воды.

Все молекулы или ионы в водном растворе нарушают эти связи, однако полярные или заряженные вещества, такие как NаСl, компенсируют нарушение связей вода-вода образованием новых связей вода-растворенное вещество. Суммарное изменение энтальпии (∆Н) при растворении таких молекул обычно невелико.

Напротив, гидрофобные вещества никак не компенсируют нарушение структуры водородных связей между молекулами воды, поэтому их растворение сопровождается небольшим увеличением энтальпии; разрыв водородных связей между молекулами воды требует определенной энергии, которую необходимо получить из окружающей среды.

Кроме этого, растворение в воде гидрофобных веществ приводит к значительному снижению энтропии. Молекулы воды, находящиеся в непосредственной близости от неполярной молекулы, фиксируются в определенной ориентации и формируют высокоупорядоченную оболочку вокруг каждой молекулы растворенного вещества.

Молекулы воды, организованные таким образом, имеют не такую упорядоченную структуру, как клатраты (кристаллы неполярных веществ и воды), но эффект в обоих случаях достигается один и тот же — упорядочение молекул воды снижает энтропию. Число упорядоченных молекул воды, а, следовательно, и величина снижения энтропии, пропорциональны площади поверхности гидрофобного вещества, заключенного в оболочку из молекул воды.

Амфифильные соединения имеют как полярные (заряженные), так и неполярные группы (табл. 2-2). При смешивании амфифильного соединения с водой его полярные гидрофильные области стремятся раствориться, однако неполярные гидрофобные области пытаются избежать контакта с растворителем (рис. 2-7, а).

Неполярные группы собираются вместе и образуют кластеры с минимальной поверхностью, а полярные группы располагаются так, чтобы максимально увеличить свой контакт с водой (рис. 2-7, б). В результате в воде образуются устойчивые структуры амфифильных веществ, называемые мицеллами, которые могут состоять из сотен или тысяч молекул.

Силы, удерживающие вместе неполярные группы молекул растворенного вещества, называют гидрофобными взаимодействиями. Эта сила не связана с каким-либо внутренним притяжением между неполярными остатками. Скорее, это взаимодействие является результатом стремления системы достичь максимальной термодинамической стабильности путем минимизации числа упорядоченны: молекул воды, которые окружают гидрофобные участки молекул растворенного вещества.

Рис. 2-7. Поведение амфифильных соединений в водном растворе, а) Длинноцепочечные жирные кислоты имеют гидрофобные алкильные цепи, которые окружены слоем упорядоченных молекул воды. б) Образование мицелл приводит к минимизации контакта гидрофобной поверхности жирных кислот с водой, кроме того, в такой структуре минимальное число упорядоченных молекул воды задействовано в образовании оболочки вокруг неполярных молекул. Стабилизация мицеллы происходит за счет выигрыша в энергии в результате высвобождения иммобилизованных молекул воды.

Многие биомолекулы являются амфифильными: белки, пигменты, некоторые витамины, а также стеролы и фосфолипиды в мембранах имеют как полярные, так и неполярные участки. Образованные такими молекулами структуры удерживаются за счет гидрофобных взаимодействий между неполярными группами.

Гидрофобные взаимодействия между липидами, а также между липидами и белками являются важнейшим принципом построения биологических мембран. Гидрофобные взаимодействия между неполярными аминокислотами играют роль в стабилизации трехмерной структуры белков.

Образование водородных связей между водой и полярными соединениями также приводит к упорядочиванию молекул воды, однако в случае растворения неполярных веществ энергетический эффект меньше. Часть движущей силы, направленной на связывание полярного субстрата (реагирующего вещества) с комплементарной полярной поверхностью фермента, расходуется на повышение энтропии, поскольку фермент выталкивает упорядоченные молекулы воды с поверхности субстрата, а субстрат выталкивает упорядоченные молекулы воды с поверхности фермента (рис. 2-8).

Рис. 2-8. Высвобождение упорядоченных молекул водь способствует образованию фермент-субстратного ком плекса. Как вокруг молекулы фермента, так и вокруг молекулы субстрата существует слой упорядоченных молекул воды. Связывание фермента с субстратом приводит высвобождению некоторого количества упорядоченны: молекул.

Ван-дер-ваальсовы взаимодействия являются слабыми силами межатомного притяжения

При слишком близком контакте двух незаряженных атомов происходит взаимодействие окружающих их электронных облаков. Случайные вариации положения электронов вокруг одного ядра могут создавать электрический диполь, который способен индуцировать противоположный электрический диполь в соседнем атоме.

Два диполя слабо притягиваются друг к другу, в результате чего ядра сближаются. Такие слабые силы притяжения называют ван-дер-ваальсовым притяжением (или силами Лондона). По мере сближения двух ядер возникает противоположно направленная сила отталкивания их электронных облаков.

В точке, где общее притяжение максимально, говорят, что ядра находятся в ван-дер-ваальсовом контакте. Каждый атом характеризуется ван-дер-ваальсовым радиусом, определяющим, насколько близко этот атом позволяет подойти другому атому (табл. 2-4). В приведенных в данной книге СРК-моделях молекул размеры всех атомов соотносятся, как их ван-дер-ваальсовы радиусы.

Таблица 2-4. Ван-дер-ваальсовы радиусы и ковалентные радиусы (при образовании одинарной связи) некоторых элементов

Гидрофильные и гидрофобные вещества[править | править код]

• Расскажите, какие вещества называются гидрофильными, а какие — гидрофобными, приведите примеры.

Термин гидрофильность (производное от древнегреческих слов «вода» и «любовь») является характеристикой интенсивности взаимодействия вещества с водой на молекулярном уровне, то есть способность материала усиленно впитывать влагу. Это понятие можно отнести и к твёрдым телам, как свойство поверхности, и к отдельным ионам, атомам, молекулам и их группам.

Гидрофильность характеризует величина связи адсорбционной молекул воды с молекулами вещества, при этом образуются соединения, в которых количество воды распределяется по значениям энергии связи.

Гидрофильность присуща веществам, имеющим ионные кристаллические решётки (гидроксиды, оксиды, сульфаты, силикаты, глины, фосфаты, стёкла и пр.), имеющим полярные группы −OH{displaystyle {ce {-OH}}}, −NO2{displaystyle {ce {-NO2}}}, −COOH{displaystyle {ce {-COOH}}}, и др. Гидрофильность и гидрофобность — частные случаи взаимодействия веществ с растворителями.

Парфюмерно-косметической промышленностью производятся гидрофильные кремы и гели, которые защищают кожу от загрязнений, не растворяемых водой. В составе таких продуктов находятся гидрофильные составляющие, образующие пленку, предотвращающую проникновение водонерастворимых загрязняющих веществ в поверхностный слой кожного покрова.

Гидрофильные кремы производятся из эмульсии, которая стабилизирована подходящими эмульгаторами или с основой вода—масло—вода, масло—вода. Кроме того, к ним можно отнести дисперсные коллоидные системы, в которых стабилизированы гидрофильные поверхностно-активные компоненты, и состоящие из водно-диспергированных или водно-гликолевых смешанных растворителей жирных высших кислот или спиртов.

Гидрогели (гидрофильные гели) готовятся из основ, состоящих из воды, смешанного неводного или гидрофильного растворителя (этиловый спирт, пропиленгликоль, глицерин) и гидрофильного образователя гелей (производные целлюлозы, карбомеры).[4]

Ковалентные неполярные и полярные связи — урок. химия, 8 класс.

Когезия и адгезия

Водородная связь усиливает два свойства, которые способствуют липкости: когезию и адгезию.

Когезия — это тенденция «похожих» молекул слипаться вместе. Молекулы вода-вода или сахар-сахар в растворе слипаются благодаря когезии. Кроме того, если концентрация сахара высока, когезия молекул сахара возрастает из-за обширной водородной связи.

Адгезия — это тенденция молекулы прилипать к молекулам другого типа. Связь между сахаром и водой — это адгезия. Аналогично, сахар может прилипать и к другим полярным молекулам. Например, наша кожа — это полярная ткань, и сахар тоже полярный, поэтому они могут «прилипать» друг к другу. Адгезия — это причина, по которой сахарные растворы прилипают к нашим рукам или посуде.

Соотношение когезионных и адгезионных сил определяет общую «липкость» вещества.

Повышенная когезия и адгезия оказывает некоторое сопротивление течению раствора. Это сопротивление жидкости, называемое вязкостью, отвечает за густой, вязкий характер сахарного сиропа или меда.

Теперь мы знаем, почему растворы сахара образуют липкую сладкую массу. Обширная водородная связь между молекулами сахара и воды улучшает когезионные и адгезионные свойства системы и тем самым повышает ее липкость. Вот такая не очень простая химия стоит за липким, клейким сахаром.

Липкость воды с сахаром

Вода и сахар по отдельности не являются липкими по двум причинам.

Из-за малого количества связывающих атомов (2 водорода, 1 кислород) и маленького размера молекул воды водородные связи в жидкой воде слабые. Эти Н-связи не удерживают молекулы воды слишком крепко. В результате в жидком состоянии молекулы могут просто проходить мимо друг друга. Именно по этой причине вода легко переносится на любую поверхность и течет без усилий.

По сравнению с водой сахароза является громоздкой молекулой. Она имеет 8 групп -OH, выступающих из углеродной цепи. Это стерическое препятствие затрудняет сближение молекул сахара и образование прочной водородной связи. Более того, поскольку они большие, они не могут легко обтекать друг друга.

Однако при смешивании воды и сахара происходит нечто интересное. В воде молекулы сахара разлетаются и могут свободно перемещаться. Кроме того, крошечным молекулам H2O довольно легко подобраться к цепочкам OH сахарозы и соединиться с ними посредством водородных связей.

Применение аминов

Амины в свободном виде в природе встречаются редко. Они образуются при гниении органических остатков. В этом процессе синтезируются такие соединения как путресцин и кадаверин.

Путресцин и кадаверин

Для средних представителей гомологического ряда аминов характерен рыбный запах. Запах селедочного рассола определяется триметиламином.

Амины используются также в промышленности. Например, как:

Метиламин – первичный амин. Он применяется в производстве лекарственных препаратов, красителей, пестицидов.

Метиламин

Диэтиламин – вторичный амин. С его помощью получают пестициды, красители, лекарственные препараты, добавки к машинным маслам и т.д. Также он служит сырьем для изготовления веществ от коррозии металлов. Он может отвердевать эпоксидные смолы и играть роль катализатора при вулканизации.

Диэтиламин

Триэтиламин – третичный алифатический амин. Он применяется при получении резин, эпоксидных смол и пенополиуретанов. Из него также производят лекарственные препараты, минеральные удобрения, краски и т.д.

Триэтиламин

Анилин – ароматический амин. Он широко применяется в качестве сырья для получения красителей, лекарственных препаратов, взрывчаток и т.д.

Анилин

Амины образуются в растениях и животных в результате биохимического распада аминокислот под действием ферментов. Они обладают высокой биологической активности.

Амины животного происхождения – серотонин, адреналин, мелатонин, тирамин и др. Амины растительного происхождения – кофеин, кокаин, никотин, хинин и др.

Применение карбоновых кислот

Для муравьиной кислоты характерны антибактериальные свойства, поэтому она применяется в промышленном производстве. Например, потребителям она известна как добавка Е236. Она используется в консервации кондитерских изделий, молочных продуктов, безалкогольной продукции.

Применение муравьиной кислоты

Уксусная кислота применяется при получении красителей, лекарственных препаратов, растворителей лаков. В пищевой промышленности она известна как добавка Е260. Часто она используется при консервации различной продукции.

Применение уксусной кислоты

Масляная (бутановая) кислота используется при лечении заболеваний ЖКТ. Она в кишечнике образует кислую среду, которая подавляет развитие патогенных бактерий. Соли бутановой кислоты применяются в качестве кормовых добавок для животных. Они улучшают иммунную систему, пищеварение, подавляют деятельность многих вредных кишечных микроорганизмов, уменьшают необходимость применения антибиотиков и лекарственных средств.

Молекула масляной кислоты

Щавелевая кислота – непредельная двухосновная карбоновая кислота. Она применяется в синтезе красителей, чернил, пластмасс и т.д. Обладает дезинфицирующими и отбеливающими свойствами, поэтому часто добавляется в синтетические моющие средства. Соли щавелевой кислоты можно синтезировать из листьев щавеля, кислицы, ревеня.

Молекула щавелевой кислоты

Применение спиртов

Метанол, или древесный спирт, опасен для употребления. Он был получен путем перегонки твердых древесных пород. Этот одноатомный спирт недобросовестные производители алкогольных напитков применяют вместо этанола, что провоцирует гибель потребителей. Древесный спирт в организме под влиянием фермента алкогольдегидрогеназы преобразуется в формальдегид и муравьиную кислоту, которые провоцируют слепоту. 50 мл метанола – смертельная доза. Метанол непросто отличить от этанола, т.к. они имеют схожий запах и вид.

Применение метилового спирта

Области применения этилового спирта разнообразны. Этиловый спирт используют в получении синтетического каучука, лекарственных препаратов и применяют как растворитель. Этанол используется в изготовлении алкоголя. При попадании в организм он снижает болевые ощущения, уменьшает торможения в коре головного мозга, ускоряет мочеобразование, провоцирует расширение кровеносных сосудов. При больших количествах этанола происходит его окисление до ацетальдегида, что вызывает тяжелые отравления.

При систематическом употреблении алкоголя снижается работоспособность головного мозга, а клетки печени погибают. Дети и подростки, употребляющие алкоголь, подвержены инфекционным заболеваниям. Продолжительность жизни пьющих людей меньше на 10-12 лет по сравнению с людьми, ведущих здоровый образ жизни.

Применение этилового спирта.

Практическое применение трехатомный спирт глицерин нашел в косметической, медицинской и пищевой промышленности. Он смягчает и успокаивает кожу. Также глицерин входит в состав зубной пасты, что предотвращает ее высыхание.

Применение глицерина

Многоатомный спирт глицерин также применяют в промышленной отрасли для предотвращения кристаллизации продуктов. Его используют как увлажнитель для табака. Он входит в состав клеев и предохраняет их от слишком быстрого высыхания.

Строение молекулы воды и свойства[править | править код]

• Опишите строение молекулы воды и назовите химическую связь, за счёт которой она образуется.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Три атома образуют угол; угол H-O-H составляет приблизительно 104,5 градуса. Центр каждого атома водорода находится примерно на 0,0957 нанометра от центра атома кислорода. Структура одиночной молекулы воды показана на рис 1.

• Объясните, какая связь считается водородной и как она определяет физические свойства воды.

Так как кислород более электроотрицателен, чем водород (другими словами, электроны имеют тенденцию находиться по соседству с кислородом), атомы водорода в конечном итоге имеют частичный положительный заряд, а атом кислорода — частичный отрицательный заряд.

Эта молекулярная структура формирует водородную связь, которая представляет собой стабилизированную структуру, в которой атом водорода находится на линии между атомом кислорода на его собственной молекуле и кислородом на другой молекуле.

• Перечислите известные вам аномалии физических свойств воды. Объясните, какую роль они играют в природе.

Под аномалиями воды понимают ряд ее свойств, которые отличают воду от химических аналогов H2S{displaystyle {ce {H2S}}} (сероводород), H3Se{displaystyle {ce {H3Se}}} (cеленоводород ), H2Te{displaystyle {ce {H2Te}}} (теллуроводород), а также от других жидкостей. Важнейшими из них являются:

1. Прежде всего стоит отметить свойства воды в её трёх агрегатных состояниях: твёрдом (в виде льда), в жидком (в виде воды) и газовом (в виде пара). Агрегатные состояния воды зависит прежде всего от внешней температуры среды. При температуре 0°C вода приобретает твёрдое состояние льда. От 1°C до 99 °C — вода находится в жидком состоянии и свыше 100 °C — вода приобретает свойства газа в состоянии пара. Все три состояния воды играют значительную роль в круговороте воды в природе, формирую климат на Земле и влияя на экологию, флору и фауну местности.
2. В отличие от всех известных жидкостей, плотность которых монотонно увеличивается с понижением температуры, плотность воды максимальна при 4 градусах Цельсия, а при дальнейшем понижении температуры вновь начинает убывать. Это уникальное свойство воды делает возможной жизнь в реках и озерах — в противном случае эти относительно мелкие водоемы неизбежно промерзали бы до дна в зимний период и были бы лишены всех живых организмов, за исключением, может быть, простейших бактерий.
3. Вода обладает огромной теплоемкостью — благодаря этому теплые океанические течения согревают многие северные регионы планеты, принося тепло из южных широт.
4. Аномально высокое поверхностное натяжение жидкой воды не только позволяет некоторым насекомым спокойно ходить по её поверхности, но и благодаря капиллярным силам обеспечивает поступление питательных веществ к кронам гигантских деревьев, достигающих нескольких десятков метров в высоту.^[1]

• Зная, что растворимость называют физико-химическим процессом, объясните, как она характеризует свойства воды. Расскажите, как по этому признаку делятся вещества (для ответа обратитесь к таблице растворимости}.

Вода, как растворитель: Вода как растворитель играет предельно важную роль далеко не только в плане нашего быта. Исследователи давно говорят, что данное волшебное соединение является основой для образования жизни вообще. И именно поэтому его наличие выступает обязательным условием для существования чего-то более сложного, нежели неживая природа.

Растворимость тех или иных химических элементов напрямую связана с существованием воды, так как она чаще всего выступает той средой, которая преобразует все вокруг себя и создает новые формы органической и неорганической материи.[2]

Вода – сложное вещество, отличающееся многими уникальными характеристиками, которые нельзя встретить больше нигде. Она способна растворить большую часть существующих в природе комплексных соединений, содержащих в своей структуре молекулы как с положительными, так и отрицательными ионами одновременно.

При работе с различными веществами важно знать их растворимость в воде. Вещество считается хорошо растворимым, если при комнатной температуре в 100 г воды растворяется больше 1 г этого вещества. Если при таких условиях растворяется меньше 1 г вещества в 100 г воды, то такое вещество считается малорастворимым.

Структура сахара

«Сахар» — это общий термин, используемый для описания большого количества углеводов. Но пока давайте использовать этот термин для обозначения нашего собственного «столового сахара», также известного как «сахароза».

Сахароза относится к классу молекул, называемых углеводами, поскольку состоит из атомов углерода, водорода и кислорода. Она состоит из 12 атомов углерода, 22 атомов водорода и 11 атомов кислорода; отсюда и химическая формула C12H22O11.

Сахароза считается «дисахаридом», потому что она образуется путем соединения двух моносахаридов (простых сахаров); глюкоза и фруктоза.

Физические свойства альдегидов и кетонов

У соединений этого класса атомы не могут формировать водородные связи. Эта особенность отражается в низких температурах плавления и кипения, по сравнению со спиртами. У кетонов температура плавления и кипения немного выше, чем у альдегидов.

Существование в виде характерно только для формальдегида. Альдегиды с двумя-пятью и кетоны с тремя-четырьмя углеродными атомами – жидкости. Агрегатное состояние высших соединений – твердое. Низшие карбонильные молекулы растворимы в воде, а по мере увеличения углеродной цепи эта способность падает. Все альдегиды и кетоны хорошо растворимы в органических растворителях.

Особенность представителей класса заключается в особенных ароматах. Низшие альдегиды и кетоны отличаются резким запахом, средние имеют неприятный запах, а высшие обладают цветочными ароматами. Альдегиды опасны при вдыхании, т.к. поражают слизистые, а также оказывают негативное влияние на нервную систему.

Формальдегид – опасный для здоровья бесцветный газ. Его можно отличить по резкому запаху. Формальдегид относится к группе веществ раздражающего или слезоточивого действия. Водный раствор 40-% формальдегида – формалин, который обладает дезинфицирующим эффектом и используется для хранения биологических объектов.

Ацетальдегид – бесцветная жидкость с низкой температурой кипения в 21˚С. Обладает запахом зеленой листвы. Негативно влияет на организм человека и животных.

Некоторые альдегиды люди используют как источник витаминов. Например, в пиродоксале содержится витамин В6.

Некоторые насекомые в качестве защиты используют сильные запахи, в состав которых входят альдегиды. Эти соединения оказывают раздражающее действие.

Электроотрицательность

Электроотрицательность — это способность атома оттягивать на себя электроны с внешнего электронного слоя.

Да-да, ЕГЭ вы сдали хорошо — электроотрицательность увеличивается слева направо и сверху вниз, но почему? Выделим две причины, но для второй нам потребуется немного физики. Ну все, ты закрываешь статью и говоришь: «Какая физика?»

1. Чем меньше электронов нужно принять для завершения слоя, тем проще их присоединить, так как они будут меньше отталкивать друг друга. Одноименные заряды отталкиваются. Зачем я это написал, ты ведь и так это знаешь…

2. Сила притяжения электрона к ядру и радиус атома. Радиус атома в одном периоде плюс-минус одинаковый, но вот сила притяжения электрона к ядру слева направо увеличивается. Мы построим небольшую модельку. Пусть она и не совсем верная, но даст понимание вещей.  

Так, начнем с закона Кулона — он показывает силу взаимодействия между двумя электрическими зарядами. Наши заряды разноименные. Атомный остов — положительный, а электрон — отрицательный. Значит они притягиваются друг к другу.   

Сразу скажу, что ничего считать мы не будем. Коэффициент — k нас не интересует. Нам просто нужно понять, что чем больше q1 и q2, тем больше сила притяжения между зарядами. Радиус, как я писал до этого, примерно одинаковый в одном периоде.

Получается, что q1 — это заряд атомного остова, а q2 — заряд электрона, который всегда одинаковый. Вот мы и нашли легкую зависимость — чем больше заряд атомного остова, тем с большей силой он притягивает электрон, и тем больше электроотрицательность.

У кислорода заряд ядерного остова 6, а у азота только 5. Самый большой заряд у фтора — 7. С увеличением периода возрастает радиус атома — электроотрицательность становится меньше. Получается, что максимальная электроотрицательность у элементов второго периода и растет она слева направо, так как увеличивается заряд атомного остова.. Хоть мы это и знали, но прикольно же понять почему такое происходит?