Глава 4. ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ

Водородная связь определяет физические и химические свойства жидкого и твердого состояния Большое количество равновесных форм льдов, энергия решетки которых практически полностью определяется водородными связями, позволяет наиболее близко подойти к пониманию этого важного вида межмолекулярного взаимодействия в системе одинаковых молекул.

Анализ особенностей водородных связей между молекулами воды во льдах показывает:

1. ИК-сцектры кристаллов с линейными водородными связями и с изогнутыми близки друг другу.

2. ИК-спектры кристаллов, в которых есть дефекты основы, близки к ИК-спектрам, в которых дефектов кристаллов нет.

3. Число ближайших соседей у каждой молекулы воды в кристаллах, льдов равно четырем (кроме льдов VII и VIII).

4. Протонный беспорядок в одних кристаллах и его отсутствие в других не может быть объяснен в рамках представления, что энергия водородной связи является функцией только расстояния между атомами кислорода ближайших молекул

5. По-видимому, зависимость расстояния от представляет собой, по крайней мере, двузначную функцию, т. е. одному значению соответствует, по крайней мере, два значения -расстояния. При этом одна зависимость межатомных расстояний описывает взаимодействие в кристаллах с дефектами, а другая — без дефектов.

Отсюда следует, что ни протонный беспорядок, ни линейность водородной связи не являются определяющими в этом важном типе межмолекулярного взаимодействия.

Большие амплитуды и одинаковые частоты атомных колебаний в молекулах в кристаллах льдов определяют резонансное взаимодействие электрических диполей, каковыми являются -группы с локализованными на атомах О- и Н-зарядами, обратно пропорциональное третьей степени межмолекулярного расстояния. Этот тип дальнодействующего межмолекулярного взаимодействия, по нашему мнению, и представляет собой водородную связь в системе одинаковых молекул

§ 1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

Согласно Берналу существует пять основных условий образования водородной связи:

1) наличие водорода или его изотопов на линии, соединяющей два электроотрицательных атома;

2) наличие электроотрицательных атомов причем водородные связи для двух последних атомов весьма слабы;

3) силу водородной связи обычно определяют ковалентно связанные которые обычно называют акцепторами протона. Поляризующая сила этих атомов определяется длиной водородной связи, расстоянием этих атомов от центра родительского атома протона;

4) водородные связи пердпочтительно линейны, т. е. три атома (атом-донор протона, протон и атом-акцептор протона) лежат на одной прямой;

5) водородные связи представляют собой относительно свободные формы связи, т. е. могут быть как в состоянии минимума энергии связи, так и фиксированы геометрией молекулы или кристалла, или термодинамическими условиями (Т и Р) (как мы видели в случае кристаллов льдов).

Свобода водородной связи определяется свободой деформации водородной связи.