Сравните прочность ковалентной связи и водородной связи кратко

Обновлено: 08.07.2024

сравните особенности ковалентной и водородного связей, какая роль каждого из них в обеспечении свойств белка?

Водородные связи менее прочные чем ковалентные. Водородные связи характеризуют определенную структуру белка. вторичную вроде. точно не помню.

Общее у ковалентных и водородных связей - то, что это химические взаимодействия. При их образовании происходит перегруппировка электронной плотности на валентных орбиталях. Различие: 1) для образования водородной связи хотя бы у одной молекулы должен быть атом Н; 2) ковалентные связи гораздо прочнее водородных; 3) гибкость или упругость (способность к деформацииям) водородных всязей гораздо выше, чем у ковалентных. Благодаря ковалентным связям белок существует как таковой (связь в пептидной группе ковалентная) . Вследствие водородных связей становится возможным образование различных устойчивых конформаций (трёхмерных структур) белковых макромолекул.

Разница между ковалентными и водородными связями - Разница Между

Содержание:

Основное отличие - ковалентные и водородные связи

Химические связи - это связи между атомами. Эти химические связи помогают удерживать атомы вместе для образования молекул и комплексных соединений. Химические связи образуются либо в результате обмена электронами между атомами, либо в результате притяжения между атомами, ионами или молекулами. Ковалентная связь и водородная связь являются двумя типами химических связей, которые можно найти среди ковалентных соединений. Ковалентная связь образуется за счет обмена электронами между атомами. Водородная связь образуется за счет притяжения между двумя атомами двух разных молекул. Основное различие между ковалентными и водородными связями заключается в том, что ковалентные связи являются внутримолекулярными притяжениями, тогда как водородные связи являются межмолекулярными притяжениями.

Ключевые области покрыты

1. Что такое ковалентные облигации
- Определение, Формирование Связи с Примерами
2. Что такое водородные связи
- Определение, Формирование Связи с Примерами
3. Каковы сходства между ковалентными и водородными связями
- Краткое описание общих черт
4. В чем разница между ковалентными и водородными связями
- Сравнение основных различий

Ключевые слова: атомы, сила притяжения, ковалентная связь, водородная связь, внутримолекулярное притяжение, внутримолекулярное притяжение, ионы, молекулы

Что такое ковалентные облигации

Ковалентные связи представляют собой химические связи, которые образуются в результате обмена электронами между атомами. Поэтому это называется межмолекулярной силой притяжения. Связь образуется между двумя атомами, которые содержат неспаренные электроны. Эти неспаренные электроны соединяются с неспаренными электронами другого атома, образуя ковалентную связь.

Атомы могут иметь ковалентные связи в виде одинарных, двойных или тройных связей между атомами. Одна ковалентная связь включает одну электронную пару связи; когда один неспаренный электрон связан с другим неспаренным электроном другого атома, образуется ковалентная связь, и эти два электрона называются связующей электронной парой или связующей парой. Следовательно, в двойной связи 4 электрона распределяются между двумя атомами, потому что есть две ковалентные связи, имеющие две пары связей.

Основная цель образования ковалентной связи состоит в том, чтобы заполнить крайние орбитали атомов, чтобы стабилизироваться. Ковалентная связь встречается среди неметаллов и металлоидов. Ковалентные связи являются очень сильными притяжениями, а прочность ковалентных связей составляет от 100 до 1100 кДж / моль.

Рисунок 1: точечная структура фтористого водорода

На изображении выше показана ковалентная связь между атомом водорода (H) и атомом фтора (F). Здесь, крестик указывает на неспаренный электрон в атоме водорода, а точечные метки показывают электроны на самой внешней орбите фтора.

Существует два основных типа ковалентных связей: полярные ковалентные связи и неполярные ковалентные связи. Эти две связи названы в соответствии с полярностью ковалентной связи. Полярность связи зависит от значений электроотрицательности двух атомов, которые вносят вклад в ковалентную связь. Если разница между этими значениями электроотрицательности меньше 0,4, это неполярная ковалентная связь. Если это значение составляет от 0,4 до 1,7, это полярная ковалентная связь. В приведенном выше примере электроотрицательность водорода составляет 2,2, а электроотрицательность фтора - 4,0. Следовательно, разница составляет (4,0-2,2) = 1,8. Следовательно, это высокополярная ковалентная связь.

Что такое водородные связи

Водородные связи - это силы притяжения, возникающие между двумя атомами двух разных молекул. Следовательно, это внутримолекулярное притяжение. Это слабая сила притяжения. Но по сравнению с другими типами внутримолекулярных сил, такими как полярно-полярные взаимодействия, неполярно-неполярные взаимодействия, такие как силы Вандера-Ваала, водородная связь сильнее.

Водородная связь происходит между полярными ковалентными соединениями. Эти соединения (или молекулы) состоят из полярных ковалентных связей. Полярная ковалентная связь возникает из-за разницы в значениях электроотрицательности атомов, находящихся в ковалентной связи. Если эта разница велика, сильно электроотрицательный атом имеет тенденцию притягивать электроны связи к себе. Это создает дипольный момент, когда этот сильно электроотрицательный атом получает частичный отрицательный заряд, тогда как другой атом получает частичный положительный заряд. Тогда связь становится полярной ковалентной связью. Когда эта молекула встречает другую молекулу, которая имеет такой дипольный момент, отрицательные и положительные заряды имеют тенденцию притягивать друг друга. Эта сила притяжения называется водородной связью.

Водородная связь происходит между сильно электроотрицательными атомами и менее электроотрицательными атомами. Водородные связи существуют, когда у нас есть O, N и F в одной молекуле и положительно заряженный H в другой молекуле. Это потому, что F, N и O являются наиболее электроотрицательными атомами, которые способны образовывать водородные связи. Прочность водородной связи может варьироваться от 5 до 50 кДж / моль. Самая сильная водородная связь происходит между атомами HF.

Рисунок 2: Водородные связи между молекулами воды

Вода является наиболее распространенным примером соединения, имеющего водородные связи. Здесь атом кислорода одной молекулы воды может привлекать атом водорода другой молекулы благодаря разделению зарядов в этой молекуле.

Сходство между ковалентными и водородными связями

Ковалентные и водородные связи являются типами химических связей.
Оба типа связей происходят между двумя атомами.
Оба типа связей действуют как клей между двумя атомами.

Разница между ковалентными и водородными связями

Определение

Ковалентные связи: Ковалентные связи представляют собой химические связи, которые образуются в результате обмена электронами между атомами.

Водородные связи: Водородные связи - это силы притяжения, возникающие между двумя атомами двух разных молекул.

Природа Бонд

Ковалентные связи: Ковалентные связи представляют собой межмолекулярные химические связи.

Водородные связи: Водородные связи представляют собой внутримолекулярные химические связи.

Химический вид

Ковалентные связи: Ковалентные связи образуются между двумя атомами.

Водородные связи: Водородные связи образуются между двумя атомами двух разных молекул.

Прочность сцепления

Ковалентные связи: Прочность ковалентной связи может варьироваться от 100 до 1100 кДж / моль.

Водородные связи: Прочность водородной связи может варьироваться от 5 до 50 кДж / моль.

Заключение

Как ковалентные связи, так и водородные связи являются химическими связями. Ковалентные связи прочнее водородных связей. Это связано с тем, что ковалентная связь образуется за счет совместного использования электронов между двумя атомами, тогда как водородная связь образуется за счет притяжения между двумя молекулами. Основное различие между ковалентными и водородными связями заключается в том, что ковалентные связи являются внутримолекулярными притяжениями, тогда как водородные связи являются межмолекулярными притяжениями.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность, её распространенность и важность, особенно в органических соединениях, а также некоторые побочные эффекты, связанные с малыми размерами и отсутствием дополнительных электронов у водорода.

В настоящее время в рамках теории молекулярных орбиталей водородная связь рассматривается как частный случай ковалентной с делокализацией электронной плотности по цепи атомов и образованием трёхцентровых четырёхэлектронных связей (например, -H···[F-H···F]-).
Энергия водородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи (не превышает 40 кДж/моль) . Однако этой энергии достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул, то есть их объединение в димеры или полимеры. Именно ассоциация молекул служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения таких веществ, как фтороводород, вода, аммиак. Связь этого типа, хотя и слабее ионной и ковалентной связей, тем не менее играет очень важную роль во внутри- и межмолекулярных взаимодействиях. Водородные связи во многом обусловливают физические свойства воды и многих органических жидкостей (спирты, карбоновые кислоты, амиды карбоновых кислот, сложные эфиры). Прочность водородной связи (энтальпия образование

Какая сила удерживает вместе атомы в молекуле вещества и почему они не разбегаются в разные стороны? Эта сила называется химической связью, школьники узнают о ней в 8 классе. Еще Ньютон предположил, что она имеет электростатическую природу, но подробнее в этом разобрались лишь в начале ХХ века. Сейчас расскажем, что такое химическая связь и какой она бывает.

О чем эта статья:

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).

Химическая связь и строение вещества

Химическая связь — это взаимодействие между атомами в молекуле вещества, в ходе которого два электрона (по одному от каждого атома) образуют общую электронную пару либо электрон переходит от одного атома к другому.

Как понятно из определения химической связи, при взаимодействии двух атомов один из них может притянуть к себе внешние электроны другого. Эта способность называется электроотрицательностью (ЭО). Атом с более высокой электроотрицательностью (ЭО) при образовании химической связи с другим атомом может вызвать смещение к себе общей электронной пары.

Существует несколько систем измерения ЭО, но пользоваться для расчетов можно любой из них. Для образования химической связи важно не конкретное значение ЭО, а разница между этими показателями у двух атомов.

Механизм образования химической связи

Существует два механизма взаимодействия атомов:

обменный — предполагает выделение по одному внешнему электрону от каждого атома и соединение их в общую пару;

донорно-акцепторный — происходит, когда один атом (донор) выделяет два электрона, а второй атом (акцептор) принимает их на свою свободную орбиталь.

Независимо от механизма химическая связь между атомами сопровождается выделением энергии. Чем выше ЭО атомов, т. е. их способность притягивать электроны, тем сильнее и этот энергетический всплеск.

Энергией связи называют ту энергию, которая выделяется при взаимодействии атомов. Она определяет прочность химической связи и по величине равна усилию, необходимому для ее разрыва.

Также на прочность влияют следующие показатели:

Длина связи — расстояние между ядрами атомов. С уменьшением этого расстояния растет энергия связи и увеличивается ее прочность.

Кратность связи — количество электронных пар, появившихся при взаимодействии атомов. Чем больше это число, тем выше энергия и, соответственно, прочность связи.

На примере химической связи в молекуле водорода посмотрим, как меняется энергия системы при сокращении расстояния между ядрами атомов. По мере сближения ядер электронные орбитали этих атомов начинают перекрывать друг друга, в итоге появляется общая молекулярная орбиталь. Неспаренные электроны через области перекрывания смещаются от одного атома в сторону другого, возникают общие электронные пары. Все это сопровождается нарастающим выделением энергии. Сближение происходит до тех пор, пока силу притяжения не компенсирует сила отталкивания одноименных зарядов.

Основные типы химических связей

Различают четыре вида связей в химии: ковалентную, ионную, металлическую и водородную. Но в чистом виде они встречаются редко, обычно имеет место наложение нескольких типов химических связей. Например, в молекуле фосфата аммония (NH₄)₃PO₄присутствует одновременно ионная связь между ионами и ковалентная связь внутри ионов.

Также отметим, что при образовании кристалла от типа связи между частицами зависит, какой будет кристаллическая решетка. Если это ковалентная связь — образуется атомная решетка, если водородная — молекулярная решетка, а если ионная или металлическая — соответственно, будет ионная или металлическая решетка. Таком образом, влияя на тип кристаллической решетки, химическая связь определяет и физические свойства вещества: твердость, летучесть, температуру плавления и т. д.

Основные характеристики химической связи:

насыщенность — ограничение по количеству образуемых связей из-за конечного числа неспаренных электронов;

полярность — неравномерная электронная плотность между атомами и смещение общей пары электронов к одному из них;

направленность — ориентация связи в пространстве, расположение орбиталей атомов под определенным углом друг к другу.

Ковалентная связь

Как уже говорилось выше, этот тип связи имеет два механизма образования: обменный и донорно-акцепторный. При обменном механизме объединяются в пару свободные электроны двух атомов, а при донорно-акцепторном — пара электронов одного из атомов смещается к другому на его свободную орбиталь.

Ковалентная связь — это процесс взаимодействия между атомами с одинаковыми или близкими радиусами, при котором возникает общая электронная пара. Если эта пара принадлежит в равной мере обоим взаимодействующим атомам — это неполярная связь, а если она смещается к одному из них — это полярная связь.

Как вы помните, сила притяжения электронов определяется электроотрицательностью атома. Если у двух атомов она одинакова, между ними будет неполярная связь, а если один из атомов имеет большую ЭО — к нему сместится общая электронная пара и получится полярная химическая связь.

В зависимости от того, сколько получилось электронных пар, химические связи могут быть одинарными, двойными или тройными.

Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах простых веществ, неметаллов с одинаковой ЭО: Cl₂, O₂, N₂, F₂ и других.

Посмотрим на схему образования этой химической связи. У атомов водорода есть по одному внешнему электрону, которые и образуют общую пару.

Ковалентная полярная связь характерна для неметаллов с разным уровнем ЭО: HCl, NH₃,HBr, H₂O, H₂S и других.

Посмотрим схему такой связи в молекуле хлороводорода. У водорода имеется один свободный электрон, а у хлора — семь. Таким образом, всего есть два неспаренных электрона, которые соединяются в общую пару. Поскольку в данном случае ЭО выше у хлора, эта пара смещается к нему.

Другой пример — молекула сероводорода H₂S. В данном случае мы видим, что каждый атом водорода имеет по одной химической связи, в то время как атом серы — две. Количество связей определяет валентность атома в конкретном соединении, поэтому валентность серы в сероводороде — II.

Число связей, которые могут быть у атома в молекуле вещества, называется валентностью.

Характеристики ковалентной связи:

Ионная связь

Как понятно из названия, данный тип связи основан на взаимном притяжении ионов с противоположными зарядами. Он возможен между веществами с большой разницей ЭО — металлом и неметаллом. Механизм таков: один из атомов отдает свои электроны другому атому и заряжается положительно. Второй атом принимает электроны на свободную орбиталь и получает отрицательный заряд. В результате этого процесса образуются ионы.

Ионная связь — это такое взаимодействие между атомами в молекуле вещества, итогом которого становится образование и взаимное притяжение ионов.

Разноименно заряженные ионы стремятся друг к другу за счет кулоновского притяжения, которое одинаково направлено во все стороны. Благодаря этому притяжению образуются ионные кристаллы, в решетке которых заряды ионов чередуются. У каждого иона есть определенное количество ближайших соседей — оно называется координационным числом.

Обычно ионная связь появляется между атомами металла и неметалла в таких соединениях, как NaF, CaCl2, BaO, NaCl, MgF2, RbI и других. Ниже схема ионной связи в молекуле хлорида натрия.

Все соли образованы с помощью ионных связей, поэтому в задачах, где нужно определить тип химической связи в веществах, в качестве подсказки можно использовать таблицу растворимости.

Характеристики ионной связи:

не имеет направленности.

Ковалентная и ионная связь в целом похожи, и одну из них можно рассматривать, как крайнее выражение другой. Но все же между ними есть существенная разница. Сравним эти виды химических связей в таблице.

Характеризуется появлением электронных пар, принадлежащих обоим атомам.

Характеризуется появлением и взаимным притяжением ионов.

Общая пара электронов испытывает притяжение со стороны обоих ядер атомов.

Ионы с противоположными зарядами подвержены кулоновскому притяжению.

Имеет направленность и насыщенность.

Ненасыщенна и не имеет направленности.

Количество связей, образуемых атомом, называется валентностью.

Количество ближайших соседей атома называется координационным числом.

Образуется между неметаллами с одинаковой или не сильно отличающейся ЭО.

Образуется между металлами и неметаллами — веществами со значимо разной ЭО.

Металлическая связь

Свободные электроны мигрируют от одного иона к другому, временно соединяясь с ними и снова отрываясь в свободное плавание. Этот механизм по своей природе имеет сходство с ковалентной связью, но взаимодействие происходит не между отдельными атомами, а в веществе.

Характеристики металлической связи:

Металлическая связь присуща как простым веществам — таким как Na, Ba, Ag, Cu, так и сложным сплавам — например, AlCr₂, CuAl₁₁Fe₄, Ca₂Cu и другим.

Схема металлической связи:

M — металл,

n — число свободных внешних электронов.

К примеру, у железа в чистом виде на внешнем уровне есть два электрона, поэтому его схема металлической связи выглядит так:

Обобщим все полученные знания. Таблица ниже описывает кратко химические связи и строение вещества.

Водородная связь

Данный тип связи в химии стоит отдельно, поскольку он может быть как внутри молекулы, так и между молекулами. Как правило, у неорганических веществ эта связь происходит между молекулами.

Водородная связь образуется между молекулами, содержащими водород. Точнее, между атомами водорода в этих молекулах и атомами с большей ЭО в других молекулах вещества.

Объясним подробнее механизм этого вида химической связи. Есть молекулы А и В, содержащие водород. При этом в молекуле А есть электроотрицательные атомы, а в молекуле В водород имеет ковалентную полярную связь с другими электроотрицательными атомами. В этом случае между атомом водорода в молекуле В и электроотрицательным атомом в молекуле А образуется водородная связь.

Такое взаимодействие носит донорно-акцепторный характер. Донором электронов в данном случае выступают электроотрицательные элементы, а акцептором — водород.

Графически водородная связь обозначается тремя точками. Ниже приведена схема такого взаимодействия на примере молекул воды.

В отдельных случаях водородная связь может образоваться внутри молекулы. Это характерно для органических веществ: многоатомных спиртов, углеводов, белковых соединений и т. д.

Характеристики водородной связи:

Кратко о химических связях

Итак, самое главное. Химической связью называют взаимодействие атомов, причиной которого является стремление системы приобрести устойчивое состояние. Во время взаимодействия свободные внешние электроны атомов объединяются в пары либо внешний электрон одного атома переходит к другому.

Образование химической связи сопровождается выделением энергии. Эта энергия растет с увеличением количества образованных электронных пар и с сокращением расстояния между ядрами атомов.

Основные виды химических связей: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая и водородная. В отличие от всех остальных водородная ближе к молекулярным связям, поскольку может быть как внутри молекулы, так и между разными молекулами.

Как определить тип химической связи:

Ковалентная полярная связь образуется в молекулах неметаллов между атомами со сходной ЭО.

Ковалентная неполярная связь имеет место между атомами с разной ЭО.

Ионная связь ведет к образованию и взаимному притяжению ионов. Она происходит между атомами металла и неметалла.

Водородная связь появляется при условии, что есть атом с высокой ЭО и атом водорода, связанный с другой электроотрицательной частицей ковалентной связью.

Химическая связь и строение молекулы: типом химической связи определяется кристаллическая решетка вещества: ионная, металлическая, атомная или молекулярная.

Читайте также: