Δήμητρα Σπανού Χημικός, Καθηγήτρια Δ/θμιας Εκπ/σης στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης
Η ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΚΑΘΟΡΙΖΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΔΡΑΣΗ ΔΙΑΜΟΡΙΑΚΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ
Tι είναι ο δεσμός υδρογόνου
Στις διαμορισκές συνδέσεις, ένα άτομο υδρογόνου που συνδέεται με ομοιοπολικό δεσμό με το ηλεκτραρνητικότερο άλλο άτομο του ίδιου μορίου (ενδρομοριακός χημικός δεσμός) ταυτόχρονα κάνει διαμοριακή σύνδεση με άτομο του άλλου πλησίουν αυτού μορίου το οποίο πρέπει να είναι ηλεκτραρνητικό ή τουλάχιστον ηλεκτραρνητικότερο του υδρογόνου.
Δηλαδή το υδρογόνο, δημιουργεί μια γέφυρα μεταξύ δύο ηλεκτραρνητικών ατόμων
.jpg)
Πότε δημιουργείται ο Δεσμός Υδρογόνου
Παρατηρούνται σε υδρογονούχες ενώσεις που διαθέτουν μικρά πολύ αρνητικά άτομα :
Οξυγόνο , Άζωτο και Φθόριο. 
Παρατηρούνται ακόμη σε ενώσεις υδρογόνου με άλλο άτομο με το οποίο έχει μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας.
Οι ενώσεις που διαθέτουν τέτοιους δεσμούς διαμοριακής σύνδεσης εμφανίζουν ιδιαίτερες φυσικές και χημικές ιδιότητες όπως δομή, υψηλά σημεία τήξεως και ζέσεως , βιολογική δραστηριότητα
Δεσμούς υδρογόνου έχουμε κατά τις διαμοριακές συνδέσεις στο νερό, στις συνδέσεις μορίων νερού και μορίων αμμωνίας σε διάλυμα αμμωνίας και στο υδροφθόριο
Αλλά και
στην Οργανική Χημεία δεσμοί υδρογόνου αναπτύσσονται μεταξύ οργανικών ουσιών που διαθέτουν ομάδες O-H- , N-H ; Αμίνες, αμινοξέα, φαινόλες, καρβοξυλικά οξέα, ανιλίνη, πρωτεινες, διαλύματα υδατανθράκων, μονοσακχαρίτες, δισακχαρίτες.
Δεσμοί Υδρογόνου μπορεί να αναπτυχτούν και μεταξύ ετεροατόμων R-X-H-B-Y
Δεν έχουν οι δεσμοί υδρογόνου σε όλες τις περιπτώσεις την ίδια ένταση (ενέργεια)
Οι ενώσεις που συνδέονται διαμοριακά με δεσμούς υδρογόνου σχηματίζουν δίπολα μόρια. Όσο μεγαλύτερη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας έχουν τα άτομα τόσο πιο δυνατό είναι το δίπολο μόριο και ισχυρότερος είναι ο μεταξύ των μορίων δεσμός υδρογόνου.
Απλό παράδειγμα: Οι δεσμοί υδρογόνου του υδροφθορίου είναι ισχυρότεροι από τους δεσμούς υδρογόνου στην αμμωνία
Ηλεκτραρνητικότητες: Υδρογόνου 2,2 Αζώτου 3 και Φθορίου 4
H ένταση του δεσμού υδρογόνου εξαρτάται από την φύση των ατόμων που συνδέονται με το υδρογόνο και την φύση των μορίων κυρίως στην ηλεκτραρνητικότητα.
Η ενέργεια του δεσμού υδρογόνου είναι χαμηλή γενικά 6-15kj/mol . Αδύναμοι δεσμοί με κατώτατο όριο τον δεσμό C-H-O σε κετόνες, αιθέρες , οργανικά διαλύματα οξέα
αλλά μπορεί να είναι πολύ υψηλότερα όπως 20 kj/mol (ισχυροί) όπως Ο-Η-Ο (νερό, αλκοόλες καρβοξυλικά οξέα) Ο-Η--Ν , Ν-Η--Ο, Ν-Η-Ν (αμίδια, πρωτεινες κ.α.) αλλά και πολύ ισχυροί 60-80 kj/mol
Το παράδειγμα του νερού
Στο νερό για παράδειγμα που αποτελείται από 2 άτομα υδρογόνου που συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα δυο ζεύγη ηλεκτρονίων των δεσμών αυτών και τα άλλα δυο ζευγάρια του οξυγόνου σχηματίζουν ένα τετράεδρο, όχι όμως κανονικό λόγω διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας.
Η σύνδεση του οξυγόνου με το υδρογόνο είναι ομοιοπολικής φύσης όμως η ηλεκτραρνητικότητα του οξυγόνου (3,5) είναι μεγαλύτερη από του υδρογόνου (2,2) κι έτσι ο δεσμός εμφανίζει πολικότητα.
Σε αυτό οφείλεται και η διαφορετική τιμή στις γωνίες που σχηματίζονται μεταξύ των H-O γωνίων O-H (255,55o) και H-O και O-H (104,45o)
Έτσι η συνολική διπολική ροπή του μορίου είναι διάφορη από μηδέν, το νερό είναι δίπολο, στο οποίο το αρνητικό φορτίο τραβιέται προς το οξυγόνο (αρνητικός πόλος) και το θετικό προς τα υδρογόνα.
Τα υδρογόνα αυτά συνδέονται διαμοριακά με άλλα αρνητικά άτομα άλλων μορίων που βρίσκονται πλησίον. Δηλαδή ή με το άτομο οξυγόνου άλλου μορίου νερού που βρίσκεται πλησίων ή με το αρνητικό τμήμα κάποιου άλλου κοντινού μορίου, αρκεί να ισχύουν οι προυποθέσεις.
Διαμοριακή σύνδεση νερού μέσω των δεσμών υδρογόνου
Είναι εύκολο εδώ, να δούμε αρχικά την διαμοριακή σύνδεση μορίων νερού που πραγματοποιείται με δεσμούς υδρογόνου.
Στην πραγματικότητα ένα άτομο υδρογόνου συνδέεται με ομοιοπολικό δεσμό με το ηλεκτραρνητικότερο άλλο άτομο του ίδιου μορίου (ενδρομοριακός δεσμός) με μήκος 0,0965nm και ταυτόχρονα κάνει διαμοριακή σύνδεση με το αρνητικό άτομο του άλλου πλησίουν αυτού μορίου (διαμοριακά) μεγαλύτερου μήκους 0,177nm
Κάθε μόριο νερού σχηματίζει έως και 4 δεσμούς υδρογόνου αποκτώντας έτσι διακλαδισμένη δομή των μορίων του.
Είναι εύκολο εδώ, να δούμε την διαμοριακή σύνδεση μορίων νερού που πραγματοποιείται με δεσμούς υδρογόνου.
Στο νερό όταν βρίσκεται σε υγρή κατάσταση δημιουργούνται τρισδιάστατα πλέγματα, όμως η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων του δεν είναι στατική καθώς τα μόρια είναι ιδιαίτερα ευκίνητα (θερμική κίνηση των μορίων). Έτσι λοιπόν άλλοι δεσμοί σπάνε κι άλλοι δημιουργούνται διαρκώς.
Για την συνδεση δυο μορίων νερού και αρχικά την δημιουργία διμερούς ελευθερώνεται ενέργεια (ΔΗ).
Έτσι για την σύνδεσης μορίων διμερούς νερού μεταξύ τους μέσω δεσμών υδρογόνου η ενέργεια αυτή είναι 0,2ev ή 5kcal/mol ή 20,92kj/mol
(και αυτή είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια θερμικής κίνησης των μορίων του σε θερμοκρασία 300οΚ αλλά πολύ μικρότερη από την ενέργεια των ομοιοπολικών του δεσμών).
Αλλά, κάθε μόριο νερού σχηματίζει έως και 4 δεσμούς υδρογόνου αποκτώντας έτσι διακλαδισμένη δομή των μορίων του.
Αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου κάνουν το νερό να μετατρέπεται σε ένα υπερμόριο (και εκεί οφείλονται οι εξαιρετικές ιδιότητες.
Το νερό σχηματίζει μείγματα με άλλες χημικές ουσίες
Ακόμα το νερό κάνει σύνδεση με άλλα πολικά μόρια (όπως αμμωνία, αλκοόλες,οξέα κ.α.) και ιόντα (NaCl) κι έτσι αποτελεί έναν εξαιρετικό διαλύτη κυρίως ανοργάνων αλλά και οργανικών ουσιών.
Εδώ πρώτη φορά αναφέρεται μια ερμηνεία της δημιουργίας μειγμάτων όπως και διαλυμάτων ουσιών βασισμένη στην διαμοριακή σύνδεση
Σε ανάμειξη του νερού με άλλα πολικά μόρια, τα θέτικά τμήματα των μορίων αυτών προσελκύουν άτομα οξυγόνου και τα αρνητικά άτομα υδρογόνου (Hcl, ΝΗ3). Επειδή τα μόρια νερού είναι μικρά, πολλά μόρια μπορούν να περιβάλουν το κάθε μόριο διαλυμένης ουσίας, με αποτέλεσμα να τροποποιούν συχνά τις ιδιότητές της.
.jpg)
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
https://tinanantsou.blogspot.com/2011/05/blog-post_31.html
Χαρκοπλιάς Κώστας Χημικός: Β΄ Λυκείου: Δεσμός υδρογόνου (charkopl.blogspot.com)
Δεσμοί υδρογόνου - ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ (studme.org)
https://www.slideshare.net/slideshow/diamoriakes-dynameis/174734230
ακατέργαστο
Δεσμός ιόντος- διπόλου
Η διαμοριακή σύνδεση μορίων νερού και ιόντων ενός μετάλλου όπως Νa+ είναι σύνδεση ιόντος- διπόλου Είναι από τις ισχυρές διαμοριακές συνδέσεις, ισχυρότερη από τους δεσμούς υδρογόνου
Δεσμός ιόντος- επαγώμενου διπόλου
Διαμοριακή σύνδεση ιόντος και επαγωμένου διπόλου είναι η σύνδεση μεταξύ κατιόντος νατρίου και μη πολικών μορίων φθορίου
Από αυτό προκύπτει η τιμή της τυπικής ενθαλπίας σχηματισμού συσσωματωμένης ύλης των 44 kj/mol που προκύπτει από την διαφορά της τυπικής ενθαλπίας αερίου νερού (ασύνδετα μορια, ακαθόριστος όγκος, μη συσσωματωμένη ύλη) που είναι – 241.8 kj/mol και υγρού νερού που είναι – 285.8 kj/mol
Διαμοριακοί δεσμοί υδρογόνου επιρρεάζουν το Σημείο Ζέσεως
Όμως οι συνδέσεις με δεσμούς υδρογόνου είναι σχετικά αδύναμες σχετικά με τις ομοιοπολικές συνδέσεις στο μόριο κι έτσι που μπορεί να εξαφανιστούν σε υψηλή θερμοκρασία και η ουσία να περάσει στην αέρια φάση. (Σημείο Ζέσης)
Μόρια αντίστοιχου μεγέθους και χημικής δομή (H2S, CH4, HF...) σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι αέρια με αντίστοιχα σημεία βρασμού -60,28οC -161,6οC 19,5οC.
Σύμφωνα με αυτά το σημείο ζέσεως του νερού του οποίου το μόριο είναι πολύ κοντα σε μέγεθος και παραπλήσιας χημικής σύνδεσης με τις παραπάνω ουσίες, θα έπρεπε να είναι -61οC, αλλά είναι 100οC.
Αυτό το σημείο ζέσεως του νερού 100οC σε πίεση 1at, είναι πολύ υψηλό για μια ουσία με τόσο μικρό μόριο. Αυτό οφείλεται στο ότι τα μόριά του πρέπει να σπάσουν τους δεσμούς υδρογόνου που τα συνδέουν σαν υπερμόριο, προτού περάσουν στην αέρια φάση κι αυτό απαιτεί επιπλέον ενέργεια άρα υψηλοτερο σημείο ζέσεως .
Σε αυτούς τους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου, οφείλεται επίσης και η θερμική ικανότητα του νερού (υψηλή θερμοχωτικότητα) όπως και θερμική αγωγιμότητα, η επιφανειακή τάση, η υψηλή πυκνότητα σε υγρή μορφή, διαλυτική ικανότητα.