წყალბადის შეერთება ქიმიაში მნიშვნელოვანი თემაა და ის საფუძვლად უდევს მრავალი იმ ნივთიერების ქცევას, რომელთანაც ჩვენ ურთიერთქმედება გვაქვს ყოველდღიურად, განსაკუთრებით წყლის. წყალბადის კავშირის გაგება და მისი არსებობის მიზეზი მნიშვნელოვანი ნაბიჯია ზოგადად, მოლეკულური კავშირისა და ქიმიის გასაგებად. წყალბადის შეერთება საბოლოოდ გამოწვეულია კონკრეტული მოლეკულების ზოგიერთ ნაწილში წმინდა ელექტრული მუხტის სხვაობით. ეს დამუხტული სექციები იზიდავს იგივე თვისებების მქონე სხვა მოლეკულასაც.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
წყალბადის შეერთება გამოწვეულია მოლეკულების ზოგიერთი ატომის ტენდენციით, რომ ელექტრონები უფრო მეტად მიიზიდონ ვიდრე მათი თანმხლები ატომი. ეს აძლევს მოლეკულას მუდმივ დიპოლურ მომენტს - იგი მას პოლარულს ხდის - ასე რომ, ის მოქმედებს მაგნიტის მსგავსად და იზიდავს სხვა პოლარული მოლეკულების საპირისპირო ბოლოს.
ელექტრონეგატიულობა და მუდმივი დიპოლური მომენტები
ელექტრონეგატივის თვისება საბოლოოდ იწვევს წყალბადის შეერთებას. როდესაც ატომები კოვალენტურად არიან დაკავშირებული ერთმანეთთან, ისინი ელექტრონებს ანაწილებენ. კოვალენტური შეერთების სრულყოფილ მაგალითში, ელექტრონები თანაბრად ნაწილდება, ამიტომ გაყოფილი ელექტრონები ერთ ატომსა და მეორეს შორის შუა ნაწილამდე მიდიან. ამასთან, ეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში ხდება, როდესაც ატომები თანაბრად ეფექტურია ელექტრონების მოზიდვაში. ატომების შეკავშირების ელექტრონების მოზიდვის უნარი ცნობილია როგორც ელექტრო ნეგატივი, ამიტომ თუ ელექტრონები ნაწილდება ატომებს შორის იგივე ელექტრონეგატივობით, მაშინ ელექტრონები საშუალოდ შუა ნაწილამდე არიან შუაზე (რადგან ელექტრონები მოძრაობენ გამუდმებით).
თუ ერთი ატომი უფრო ელექტრონეგატიურია, ვიდრე მეორე, გაყოფილი ელექტრონები უფრო მჭიდროდ იზიდავს ამ ატომს. ამასთან, ელექტრონები დამუხტულია, ასე რომ, თუ ისინი უფრო მეტად არიან მიდრეკილნი ერთი ატომის გარშემო შეკრებაზე, ვიდრე მეორეზე, ეს გავლენას ახდენს მოლეკულის მუხტის ბალანსზე. ელექტრონებულად ნეიტრალური ყოფნის ნაცვლად, უფრო მეტ ელექტრონეგატიურ ატომს იღებს მცირე წმინდა უარყოფითი მუხტი. და პირიქით, ნაკლები ელექტრონეგატიური ატომი მცირედი დადებითი მუხტით მთავრდება. პასუხისმგებლობის ეს სხვაობა წარმოქმნის მოლეკულას, რომელსაც მუდმივი დიპოლური მომენტი ეწოდება და მათ ხშირად პოლარული მოლეკულები ეწოდება.
როგორ მუშაობს წყალბადის ობლიგაციები
პოლარული მოლეკულების სტრუქტურაში ორი დამუხტული მონაკვეთია. ისევე, როგორც მაგნიტის პოზიტიური დასასრული იზიდავს სხვა მაგნიტის უარყოფით ბოლოს, ორი პოლარული მოლეკულის საპირისპირო ბოლოებს შეუძლიათ ერთმანეთის მიზიდვა. ამ ფენომენს წყალბადის შეერთება ეწოდება, რადგან წყალბადის ნაკლებად ელექტრონეგატიურია ვიდრე მოლეკულები, რომლებიც ხშირად უკავშირდება ისეთ ჟანგბადს, აზოტს ან ფტორს. როდესაც მოლეკულის წყალბადის დასასრული წმინდა დადებითი მუხტით უახლოვდება ჟანგბადს, აზოტს, ფტორს ან სხვა ელექტრონეგატიურ დაბოლოებას, შედეგი არის მოლეკულა-მოლეკულა ობლიგაცია (ინტერმოლეკულური ბმა), რომელიც განსხვავდება შემაკავშირებელ სხვა ფორმების უმეტესობისგან, რომელსაც ქიმიაში ხვდებით და იგი პასუხისმგებელია სხვადასხვა უნიკალური თვისებების ზოგიერთ თვისებაზე. ნივთიერებები.
წყალბადის კავშირები დაახლოებით 10-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე კოვალენტური ობლიგაციები, რომლებიც ცალკეულ მოლეკულებს ერთმანეთთან ატარებენ. კოვალენტური ობლიგაციების გაწყვეტა ძნელია, რადგან ამის გაკეთება მოითხოვს დიდ ენერგიას, მაგრამ წყალბადის ობლიგაციები საკმარისად სუსტია, რომ შედარებით ადვილად გაწყდეს. თხევადი სითხის გარშემო უამრავი მოლეკულაა მოსიარულე და ეს პროცესი წყალბადის ობლიგაციების მოშლას და რეფორმას იწვევს, როდესაც ენერგია საკმარისია. ანალოგიურად, ნივთიერების გათბობა წყვეტს წყალბადის ობლიგაციებს, ეფექტურად იგივე მიზეზის გამო.
წყალბადის შეერთება წყალში
წყალი (H2ო) წყალბადის შეერთების კარგი მაგალითია მოქმედებაში. ჟანგბადის მოლეკულა უფრო ელექტრონეგატიურია, ვიდრე წყალბადის, და წყალბადის ორივე ატომი მოლეკულის ერთსა და იმავე მხარეზეა "v" წარმონაქმნით. ეს იძლევა წყლის მოლეკულის მხარეს წყალბადის ატომებთან ერთად წმინდა დადებითი მუხტი და ჟანგბადის მხარეს წმინდა უარყოფითი მუხტი. აქედან გამომდინარე, ერთი წყლის მოლეკულის წყალბადის ატომები უკავშირდება წყლის სხვა მოლეკულების ჟანგბადის მხარეს.
წყალში წყალბადის დასაკავშირებლად ორი წყალბადის ატომია ხელმისაწვდომი და თითოეულ ჟანგბადის ატომს შეუძლია წყალბადის ბმების "მიღება" ორი სხვა წყაროდან. ეს ინარჩუნებს ძლიერ ინტერმოლეკულურ კავშირს და განმარტავს, თუ რატომ აქვს წყალს უფრო მაღალი დონის ტემპერატურა, ვიდრე ამიაკი (სადაც აზოტს მხოლოდ ერთი წყალბადის ბმის მიღება შეუძლია). წყალბადის შეერთება ასევე განმარტავს, თუ რატომ იკავებს ყინული უფრო მეტ მოცულობას, ვიდრე წყლის იგივე მასა: წყალბადის კავშირები ფიქსირდება ადგილზე და წყალს უფრო რეგულარულ სტრუქტურას ანიჭებს, ვიდრე თხევადი.