Водородная связь

Водоро́дная связь

Вид химического взаимодействия атомов в молекулах, отличающийся тем, что существенное участие в нём принимает атом водорода (Н), уже связанный ковалентной связью с другим атомом (А). Группа А — Н выступает донором протона (акцептором электрона), а другая группа (или атом) В — донором электрона (акцептором протона). Иначе говоря, группа А — Н проявляет функцию кислоты, а группа В — основания. Для обозначения В. с. употребляют, в отличие от обычной валентной чёрточки, пунктир, т. е. А — Н···В [в предельном случае симметричной В. с., например, в бифториде калия, K + (F···Н···F)^-, различие двух связей исчезает].

К образованию В. с. способны группы А — Н, где А — атомы О, N, F, Cl, Вr и в меньшей мере С и S. В качестве второго, электродонорного центра В могут выступать те же атомы О, N, S разнообразных функциональных групп, анионы F^-, С1^- и др., в меньшей мере ароматические кольца и кратные связи. Если А — Н и В принадлежат отдельным (разнородным или идентичным) молекулам, то В. с. называют межмолекулярной, а если они находятся в разных частях одной молекулы, — внутримолекулярной.

От общих для всех веществ ван-дер-ваальсовых сил взаимного притяжения молекул В. с. отличается направленностью и насыщаемостью, т. е. качествами обычных (валентных) химических связей. В. с. не сводится, как ранее считали, к электростатическому притяжению полярных групп А — Н и В, а рассматривается как донорно-акцепторная химическая связь. По своим энергиям, обычно 3—8 ккал/моль, В. с. занимает промежуточное положение между ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями (доли ккал/моль) и типичными химическими связями (десятки ккал/моль) (1 ккал = 4,19·10³·дж).

Наиболее распространены межмолекулярные В. с. Они приводят к ассоциации одинаковых или разнородных молекул в разнообразные агрегаты-комплексы с В. с., или Н-комплексы, которые при обычных условиях находятся в быстро устанавливающемся равновесии. При этом возникают как бинарные комплексы (кислота — основание и циклические димеры), так и большие образования (цепи, кольца, спирали, плоские и пространственные сетки связанных молекул). Наличием таких В. с. обусловлены свойства различных растворов и жидкостей (в первую очередь, воды (См. Вода) и водных растворов, ряда технических полимеров — капрона, нейлона и т.д.), а также кристаллическая структура многих молекулярных кристаллов и кристаллогидратов неорганических соединений, в том числе, разумеется, и льда (См. Лёд). Точно так же В. с. существенно определяет структуру белков (См. Белки), нуклеиновых кислот (См. Нуклеиновые кислоты) и других биологически важных соединений и поэтому играет важнейшую роль в химии всех жизненных процессов. Вследствие всеобщей распространённости В. с. её роль существенна и во многих других областях химии и технологии (процессы перегонки, экстракции, адсорбции, хроматографии, кислотно-основные равновесия, катализ и т.д.).

Образование В. с., специфически изменяя свойства групп А — Н и В, отражается и на молекулярных свойствах; это обнаруживается, в частности, по колебательным спектрам и спектрам протонного магнитного резонанса. Поэтому спектроскопия, особенно инфракрасная, является важнейшим методом изучения В. с. и зависящих от неё процессов.

Лит.: Пиментел Дж., Мак-Клеллан О., Водородная связь, пер. с англ., М., 1964; Водородная связь. Сб. ст., М., 1964; Pauling L., The chemical bond, N. Y., 1967.

А. В. Иогансен.