Уже название этого типа связи подчеркивает, что в ее образовании принимает участие атом водорода. Водородные связи могут образоваться в тех случаях, когда атом водорода связан с электроотрицательным атомом, который смещает на себя электронное облако, создавая тем самым положительный зарядimage215на водороде.

Водородная связь, как и другие рассмотренные нами типы связей, обусловлена электростатическим притяжением, которому как раз и способствуют малые размеры атома водорода.

В качестве примера рассмотрим образование водородной связи между двумя молекулами воды. Связи О—Н вimage216имеют заметный полярный характер с избытком отрицательного зарядаimage220на атоме кислорода. Атом водорода, наоборот, приобретает небольшой положительный зарядimage221и может взаимодействовать с неподеленными парами электронов атома кислорода соседней молекулы воды.

image224

В отличие от рассмотренных выше химических связей водородная связь обычно схематично изображается точками.

Взаимодействие между молекулами воды оказывается достаточно сильным, таким, что даже в парах воды присутствуют димеры и тримеры составаimage222image223 и т. д. В растворах же могут возникать длинные цепи ассоциатов такого вида

image225

поскольку атом кислорода имеет две неподеленные пары электронов.

О сравнительной способности атомов различных элементов образовывать водородные связи можно судйть по температурам кипения или плавления их водородных соединений. Например, на рис. 24 показаны точки кипения водородных соединений элементов IV, V, VI и VII групп.

image233

Согласно изменению молекулярных весов ожидаемый ход кривой наблюдается только для гидридов элементовimage226IV группы

image227в трех других рассмотренных группах обнаруживаются аномально высокие точки кипения дляimage228, HF иimage229Так, можно было бы ожидать, что image230будет кипеть и плавиться при температурах, более низких, чемimage231Однако опытные данные обнаруживают аномалии дляimage232которые и объясняются образованием водородных связей между молекулами этих веществ.

Интересно отметить, что наиболее прочная водородная связь должна бы существовать у HF (фтор наиболее электроотрицательный элемент), однако, как видно из рис. 24, самая высокая температура кипения у воды. Объясняется это тем, что каждая молекула воды может образовывать две водородные связи, тогда как каждая молекула фтористого водорода — только одну.

Таким образом, водородные связи могут образовываться, если есть полярная X—Н связь и свободная пара электронов атома II периода. Например, молекулы вследствие образования водородных связей.

image234

Типичные случаи ассоциации наблюдаются для спиртов и органических кислот. Например, для уксусной кислоты возникновение водородной связи может привести к объединению молекул в пары с образованием циклической димерной структуры, и молекулярный вес уксусной кислоты, измеренный по плотности пара, оказывается удвоенным (около 120 вместо 60).

image235

Водородные связи могут возникать как между различными молекулами, так и внутри одной молекулы, если в этой молекуле имеются группы с донорной и акцепторной способностями. Например, именно внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей, которые определяют строение белков.