§ 6. Будова молекули води, поняття про водневий зв'язок

Після опрацювання параграфа ви зможете:

описати будову молекули води;
пояснити утворення водневого зв’язку.

Вода як розчинник має непересічне значення. Здатність води розчиняти найрізноманітніші речовини та її інші унікальні властивості зумовлені насамперед хімічним складом і будовою молекули цієї сполуки. Тож розгляньмо особливості будови молекули води (рис. 6.1). Вам добре відомо, що до її складу входять два атоми Гідрогену й атом Оксигену.

Рис. 6.1. Будова молекули води

З курсу хімії 8 класу ви знаєте, що електронегативність Оксигену значно більша за електронегативність Гідрогену. Тому утворені за рахунок спільних електронних пар зв’язки О-Н у молекулі води ковалентні полярні. Вони розміщені під кутом 104,5°, і це зумовлює асиметричність структури й виникнення диполя.

Що таке диполь і за яких умов молекула є диполем? Диполь - система з двох зарядів, протилежних за знаком і однакових за величиною (рис. 6.2).

Рис. 6.2. 1. Схематичне зображення диполя. 2. Молекула амоніаку. 3. Молекула карбон(ІV) оксиду

За допомогою простого досліду можна пересвідчитись у тому, що молекули води полярні: тонка водяна цівка притягується до пластмасових виробів, наелектризованих тертям (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Цівка води притягується до наелектризованого предмета. Завдання. Перевірте цю інформацію експериментально

Під впливом диполів води на поверхні речовин, занурених у неї, міжатомні й міжмолекулярні сили слабшають у 80 разів. Така висока діелектрична проникність з усіх відомих речовин властива лише воді. Цим пояснюють її здатність бути універсальним розчинником.

Асиметричність розподілу електричних зарядів у молекулах води є причиною утворення між ними водневих зв’язків (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Водневі зв’язки між молекулами води позначені пунктиром

Водневий зв’язок - слабкий зв’язок. Він утворюється між атомом Гідрогену, з’єднаним хімічним зв’язком з електронегативним атомом, та іншим електронегативним атомом. Обидва електронегативних атоми здебільшого є атомами хімічних елементів другого та третього періодів періодичної системи, зокрема Нітрогену, Оксигену, Флуору. Переважно водневий зв’язок - це електростатична взаємодія. Її підсилюють малий розмір атомів Гідрогену, що вможливлює зближення диполів, які взаємодіють. Водневі зв’язки є причиною аномально високих (порівняно з леткими сполуками інших елементів VIA підгрупи періодичної системи) температур кипіння та плавлення води.

Завдяки водневим зв’язкам між молекулами вода виявляє унікальні властивості. Ці міжмолекулярні зв’язки стабілізують нещільну кристалічну структуру льоду (рис. 6.5).

Рис. 6.5. 1. Водневі зв’язки у кристалічній структурі льоду. 2. Сніжинки складаються з кристаликів льоду.

Завдання. Висловіть припущення щодо причин того, чому в будь-якої сніжинки саме шість променів

Через особливості будови кристалів льоду його густина менша за густину води в рідкому агрегатному стані. Ця властивість запобігає промерзанню водойм.

Цікаво і пізнавально

Поняття й термін «водневий зв’язок» увели В. Латимер і Р. Родебуш у 1920 р. для того, щоб пояснити високі температури кипіння води, спиртів, рідкого гідроген флуориду та деяких інших сполук.

Під час подальшого вивчення хімії та біології ви дізнаєтеся, що утворення водневих зв’язків притаманне й іншим речовинам - як неорганічним, так і органічним. Вони можуть утворюватися між молекулами різних речовин. Перебіг багатьох біологічних процесів та існування живих організмів можливі саме завдяки утворенню й руйнуванню водневих зв’язків.

Водневі зв’язки, так само як і електростатична взаємодія між диполями води та йонами у вузлах кристалічних ґраток, відіграють неабияку роль у процесі розчинення речовин. Докладніше про це ви дізнаєтеся з наступного параграфа.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Диполь - система з двох зарядів, протилежних за знаком і однакових за величиною.

• Асиметричність розподілу електричних зарядів у молекулах води є причиною утворення між ними водневих зв’язків.

• Водневі зв’язки є причиною аномально високих (порівняно з леткими сполуками інших елементів VIA підгрупи періодичної системи) температур кипіння та плавлення води.

• Перебіг багатьох біологічних процесів та існування живих організмів можливі саме завдяки утворенню й руйнуванню водневих зв’язків.

Перевірте себе

1. Який склад молекули води? 2. До якого типу належать зв’язки О-Н у молекулі води? 3. Що таке диполь? 4. За яких умов молекула є диполем? 5. Як перевірити експериментально, що молекула води полярна? 6. Чим пояснюють здатність води бути універсальним розчинником? 7. Що є причиною виникнення між молекулами води водневих зв’язків? 8. Що є причиною аномально високих (порівняно з леткими сполуками інших елементів VIA підгрупи періодичної системи) температур кипіння та плавлення води?

Застосуйте свої знання й уміння

9. Визначте, якою цифрою на рисунку 6.6 позначено водневий зв’язок. Чим зумовлена можливість його утворення?