Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 36. Водневий зв’язок
Деякі складні речовини мають аномальні фізичні властивості. Наприклад, вода, яка складається з доволі легких молекул, мала б закипати за температури, значно нижчої від +100 °С. Чи зумовлено це особливостями будови молекул речовини і хімічного зв’язку між атомами в них? Ствердну відповідь та її пояснення ви отримаєте в матеріалі параграфа. Дізнаєтеся про вид хімічного зв’язку, який називають водневим, і його вплив на властивості речовин.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- Чому молекули певних речовин є полярними?
- Який вид хімічного зв’язку називають водневим зв’язком?
- Чому вода має аномальні фізичні властивості?
Полярність молекул. Ви вже знаєте, що атоми, які різняться електронегативністю, сполучаються ковалентним полярним зв’язком. У молекулах галогеноводнів
єдина спільна пара електронів зміщена від атома Гідрогену до більш електронегативного атома галогену:
Н :Hal
H → Hal.
Кожна молекула з боку атома Гідрогену має невеликий позитивний заряд, менший за одиницю, а з протилежного боку, де міститься атом галогену, — такий самий за величиною негативний заряд. Ці молекули є полярними; їх називають диполями. Диполь1 — частинка, що має два різнойменно заряджені полюси. Її умовно зображають еліпсом із вписаними знаками « + » і «-» без зазначення величин зарядів:
1 Термін походить від грецьких префікса «ди» (дис) — двічі та слова «полос» — полюс.
Полярною є й молекула води. У ній атом Оксигену сполучений з кожним атомом Гідрогену ковалентним полярним зв’язком. Оскільки Оксиген має більшу електронегативність (3,5), ніж Гідроген (2,1), то його атом зміщує до себе спільні пари електронів:
Маючи кутову форму, молекула води є диполем. Установлено, що заряд кожного атома Гідрогену в молекулі води становить +0,17, а атома Оксигену -0,34.
Наявність полярних зв’язків між атомами в молекулі не завжди спричиняє її полярність. Молекула вуглекислого газу є лінійною: О=С=О (§ 32). Подвійні зв’язки між атомами Оксигену і Карбону полярні; спільні пари електронів зміщені в бік більш електронегативних атомів Оксигену. Ці атоми мають невеликі негативні заряди, а атом Карбону — удвічі більший позитивний заряд. Оскільки молекула СО2 в центрі заряджена позитивно, а по обидва боки — негативно, вона неполярна і не є диполем.
Полярність молекул істотно впливає на властивості речовин.
Водневий зв’язок. Молекули-диполі води, амоніаку та багатьох інших речовин можуть притягуватися одна до одної своїми протилежно зарядженими частинами.
Електростатичну взаємодію між молекулами за участю атомів Гідрогену і найбільш електронегативних елементів називають водневим зв’язком.
Водневий зв’язок позначатимемо трьома крапками: H···O. Він значно слабший за ковалентний зв’язок. Обов’язкова умова його утворення — наявність у молекулі речовини атома Гідрогену, сполученого з атомом Оксигену, Флуору або Нітрогену.
Водневі зв’язки є у воді (мал. 92, б), етиловому спирті, кислотах, білках; вони також утворюються між молекулами цих речовин і води в розчинах. Щомиті частина водневих зв’язків у рідких речовинах і розчинах руйнується, але водночас утворюються нові такі самі зв’язки. У твердих речовинах, зокрема льоді, водневі зв’язки не розриваються (мал. 92, а).
Лід дещо легший за воду; його густина становить 0,917 г/см3. (Інші речовини у твердому стані мають більшу густину, ніж у рідкому.) Між молекулами Н2О у льоді є порожнини. Частина їх під час танення льоду поступово заповнюється «звільненими» молекулами, і рідина, що утворюється, трохи «ущільнюється». Тому лід у воді не тоне.
Мал. 92. Водневі зв’язки у льоді (а) та воді (б)
Водневі зв’язки виконують важливу функцію в живих організмах. Завдяки їх утворенню в білках ці речовини набувають певної будови і виявляють особливі властивості.
Вплив водневого зв’язку на фізичні властивості речовин. У воді частина молекул сполучена з іншими молекулами водневими зв’язками (мал. 92, б). Унаслідок цього вода кипить за значно вищої температури, ніж, наприклад, рідкий метан СН4, у якому немає водневих зв’язків. Зауважимо, що маси молекул води і метану майже однакові.
Відшукаймо
Відшукайте в інтернеті температуру кипіння метану та порівняйте її з температурою кипіння води.
Обговорюймо
Спробуйте пояснити, чому між молекулами метану не утворюються водневі зв’язки, хоча ковалентний зв’язок С-Н є полярним. Скористайтеся моделлю молекули СН4.
Експериментуймо
У таблиці наведено температури плавлення сполук елементів VI групи з Гідрогеном:
|
Формула речовини |
Температура плавлення, °С |
|
H2O |
0 |
|
H2S |
-85,6 |
|
H2Se |
-65,7 |
|
Н2Те |
-51 |
За даними таблиці побудуйте графік залежності температур плавлення цих сполук від значень їхніх відносних молекулярних мас і прокоментуйте його. Про що свідчить цей графік?
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про особливості будови молекули води, водневий зв’язок і його вплив на фізичні властивості води.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Поясніть, чому молекула води є полярною.
2. Прокоментуйте утворення водневого зв’язку у воді та льоді.
3. Іноді кажуть, що водневий зв’язок коректніше називати гідрогеновим зв’язком. На чому ґрунтується ця думка?
Поміркуймо
4.* Молекула амоніаку ΝΗ3 має форму трикутної піраміди (с. 170, мал. 87, а). Зобразіть поряд графічні формули двох молекул амоніаку та позначте водневий зв’язок між цими частинками. Чому цей зв’язок є в рідкій і твердій речовині, але не утворюється в газуватому амоніаку?
Аналізуймо
5. Графік, зображений на малюнку 93, свідчить про аномально високу температуру кипіння речовини HF порівняно з речовинами подібного складу і будови. Поясніть цей факт.
Мал. 93. Залежність температур кипіння сполук галогенів з Гідрогеном від значень їхніх відносних молекулярних мас
У команді
6. За відомостями з інтернету з’ясуйте, яку температуру плавлення мав би лід, а яку температуру кипіння — вода в разі відсутності водневого зв’язку між молекулами. Який вигляд мала б тоді наша планета?
Формуймо словничок
7. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Оцінюймо свої знання
8. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
