Водородная связь. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Водородная связь - тип связи между атомами, промежуточный между валентным и невалентным межатомным взаимодействием. В. с. может образоваться при наличии атома H между двумя эл--отрицат. атомами - F, N или О, причём с одним из этих двух атомов атом водорода связан ковалентной связью.

Природа В. с. состоит в том, что электронная плотность на линии связи О-H (N-H и т. д.) смещается к более эл--отрицат. атому О (N и т. д.). При этом протон водорода "оголяется", что способствует сближению эл--отрицат. атомов соседних молекул. В результате расстояния О. . .О и N. . .О в В. с. О-H. . .0 и N - H. . .О оказываются примерно равными сумме ван-дер-ваальсовых атомных радиусов, т. е. эл--отрицат. атомы в кристаллах сближаются так, как будто бы атома водорода между ними нет.

Энергия В. с. на 1-1,5 порядка меньше энергии хим. связи и на 2-3 порядка больше энергии невалентного ван-дер-ваальсова взаимодействия. Наиб. сильную В. с. образуют между собой молекулы HF, к-рые способны соединяться в полимерные структуры H₂F₂, H₃F₃, H₄F₄, H₆F₅ и H₆F₆ (последняя особенно устойчива, поскольку является кольцеобразной и, следовательно, стабилизирована дополнительной В. с.). Весьма сильные B.с. (с энергией ~30 кДж/моль каждая) стабилизируют димер муравьиной к-ты устойчивый даже в парообразном состоянии. В жидкой и твёрдой воде энергия В. с. составляет ~20 кДж/моль. Примерно такой же энергией характеризуются В. с. N-H. . .О и О-H. . .О во мн. биологически важных молекулах - белках, нуклеиновых к-тах, углеводах и пр.

Наличием В. с. обусловлено своеобразие структуры и физ. свойств воды и водных растворов. Кристаллич. структура льда, существующая при обычных условиях, представляет собой ажурную сетку B.с., в к-рой имеется большое кол-во пустот. При плавлении льда эти пустоты частично заполняются молекулами воды, и потому плотность воды выше плотности льда.

В. с. могут быть не только межмолекулярными (как в рассмотренных выше примерах), но и внутримолекулярными. Внутримолекулярные В. с. являются одним из осн. факторов, стабилизирующих глобулярную структуру молекул белков, к-рая определяет функционирование белков в живых клетках; они же в значительной степени влияют на свойства древесины и бумаги, построенных из волокон целлюлозы, и отвечают за уникальную структуру молекул нуклеиновых K-T.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.