Ниже представлена схема образования водородной связи и подробный сравнительный анализ типов химической связи в системе «этанол — вода». Схема образования водородной связи Водородная связь возникает между частично положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом (кислородом) другой молекулы. Условные обозначения:
- — Ковалентная полярная связь (внутри молекулы)
- ... Водородная связь (межмолекулярная)
- Частичный положительный заряд
- Частичный отрицательный заряд
Вариант 1: Водород воды притягивается к кислороду этанола Вариант 2: Водород этанола притягивается к кислороду воды Отличия водородной связи от ковалентной Несмотря на то что в обоих случаях взаимодействуют атомы водорода и кислорода, эти связи имеют принципиально разную природу и характеристики.
| Характеристика | Ковалентная полярная связь (O—H) | Водородная связь (O...H) |
|---|---|---|
| Место возникновения | Внутри молекулы (внутримолекулярная). | Между молекулами (межмолекулярная). |
| Механизм образования | Образование общей электронной пары между атомами. | Электростатическое притяжение между полярными группами. |
| Энергия связи | Высокая (около 460 кДж/моль). Очень прочная. | Низкая (около 20–40 кДж/моль). В 10–20 раз слабее ковалентной. |
| Длина связи | Короткая (около 0,096 нм). | Длинная (около 0,15–0,20 нм). |
| Роль в веществе | Определяет химические свойства и структуру самой молекулы. | Определяет физические свойства (температуру кипения, растворимость). |
Пояснение механизмов
- Ковалентная связь формируется за счет перекрывания атомных орбиталей кислорода и водорода. Кислород обладает высокой электроотрицательностью, поэтому он сильно смещает электронную плотность на себя, создавая диполь.
- Водородная связь носит преимущественно донорно-акцепторный характер с сильным вкладом электростатики. Поскольку атом водорода связан с сильно электроотрицательным кислородом, его единственное электронное облако смещено, и ядро (протон) оказывается «оголенным». Этот протон начинает притягиваться к неподеленной электронной паре атома кислорода соседней молекулы.
Благодаря образованию этих связей этанол неограниченно смешивается с водой, а их смеси имеют специфические физико-химические показатели (например, контракцию — уменьшение общего объема при смешивании). Могу составить для вас аналогичную схему для взаимодействия молекул этанола между собой или объяснить влияние водородных связей на температуру кипения спиртов.