Хіміки виявили новий зв’язок - суміш водневого та ковалентного

Американські хіміки з Університету Чикаго іронічно зауважують про те, що водневий зв'язок насправді не зовсім водневий.

Насправді, в молекулі водню відсутні водневі зв'язки, які знайомі всім, хто вивчав хімію в школі. Замість цього використовується ковалентний зв'язок, який є добре відомим у хімії. Водневий зв'язок, своєю чергою, являє собою слабке електричне тяжіння між молекулами і служить додатковим зв'язком між ними.

Водневий зв'язок відіграє значну роль у хімічних і біологічних системах, а також відповідальний за деякі незвичайні властивості речовин. Присутність водневих зв'язків можна виявити в різних речовинах, включно з водою. Без водневих зв'язків вода за кімнатної температури була б газом, а не рідиною. Водночас зв'язки між молекулами води набагато слабші, ніж ковалентні зв'язки всередині молекули води між атомами водню і кисню.

 

Американські вчені знайшли новий хімічний зв'язокНещодавно хіміки з Чикаго провели експеримент, промоніторивши розчинені у воді іонні групи атомів, відомі як іони біфториду. Іони біфториду складаються з одного атома водню, пов'язаного між парою атомів фтору F-H-F. Згідно із загальноприйнятою думкою, атом водню пов'язаний з одним фтором ковалентним зв'язком, а з іншим фтором - водневим зв'язком.

Використовуючи інфрачервоне випромінювання, дослідники викликали коливання іонів біфториду. Далі, вони проаналізували реакцію атомів водню і виявили низку енергетичних рівнів, на яких ці атоми коливаються.

Зазвичай, для зв'язку водню з іншим атомом, відстань між енергетичними рівнями скорочується в міру підйому атома цими енергетичними сходами. В даному випадку ж, дослідники виявили збільшення інтервалу між енергетичними рівнями.

Це свідчить про те, що атом водню перебуває між двома атомами фтору рівною мірою, і не утворює тісного ковалентного зв'язку з одним атомом фтору, а також слабо пов'язаний з іншим атомом фтору типовим водневим зв'язком. Таке положення атома водню стирає відмінності між ковалентним і водневим зв'язком, позбавляючи їх сенсу.

Результати комп'ютерних обчислень показали, що поведінка молекул залежить від відстані між атомами фтору. У міру наближення атомів фтору один до одного, відстань між атомами водню скорочується, і звичайний водневий зв'язок посилюється.

Відстань між атомами фтору

Фото: Scientific Diagram
Відстань між атомами фтору

 

Коли відстань досягає певного рівня, всі три атоми починають обмінюватися електронами, створюючи єдиний зв'язок, який називають опосередкованим водневим хімічним зв'язком, оскільки він є гібридом чистого водневого і чистого ковалентного зв'язку.

Однак для атомів фтору, що знаходяться на більшій відстані один від одного, все ще застосовний звичайний опис зв'язку з чітким розподілом на ковалентні та водневі зв'язки.

Таким чином, якщо раніше розглядалися тільки внутрішньо- і міжмолекулярні водневі зв'язки, тепер необхідно враховувати й опосередкований водневий зв'язок, який не можна визначити як чистий водневий або ковалентний, оскільки він являє собою гібрид цих двох типів зв'язків.

Написати коментар