Материал: 1_metodichka_po_khimii

гиваться друг к другу за счёт сил электростатического взаимодействия между атомом кислорода одной молекулы Н2О и атомом водорода другой

(рис. 3.1).

Рис. 3.1. Водородные связи между молекулами воды

Такой тип электростатического притяжения называют водородной свя-

зью. Молекулы воды находятся в непрерывном движении, поэтому водо-

родные связи постоянно быстро разрушаются и вновь образуются. За счёт водородных связей между молекулами воды образуются тетраэдры или кластеры. Молекулы воды, которые не образуют тетраэдры, могут входить и выходить из кластеров (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Кластеры воды

Водородные связи слабее ковалентных. Однако, благодаря их много-

численности, они обеспечивают многие аномальные физические свойства воды:

1.высокую удельную теплоёмкость;

2.высокую температуру кипения;

3.высокую температуру кристаллизации;

57

4. высокую удельную теплоту испарения;

Вода, как полярный растворитель, имеет хорошую растворяющую и диссоциирующую способность. Водородные связи образуются при раство-

рении в воде кристаллических солей, способных ионизироваться молеку-

лами Н2О, и многих органических соединений (альдегиды, аминокислоты,

спирты, кетоны, углеводы). Растворимость этих веществ обусловлена спо-

собностью молекул Н2О образовывать водородные связи с функциональ-

ными группами этих соединений.

В воде могут находиться в диспергированном (раздробленном состоя-

нии) вещества, содержащие в своём составе одновременно гидрофобные и гидрофильные группы. Такие соединения называют амфипатическими.

Примерами могут служить калиевые и натриевые соли высших жирных кислот (ВЖК) – мыла. Ионизированная в воде карбоксильная группа ВЖК или её соли образует полярную головку, а углеводородный радикал – гид-

рофобный хвост (рис.3.3).

Рис. 3.3. Строение амфипатических веществ

Соль ВЖК легко диспергируется в воде, образуя агрегаты, называе-

мые мицеллами. В них гидрофобные хвосты жирной кислоты скрыты от водной фазы внутри мицеллы, а полярные головки обращены к Н2О, обра-

зуя с ней водородные связи (рис. 3.4). На этом свойстве основана способ-

ность амфипатических веществ поддерживать в диспергированном в воде состоянии даже неполярные вещества. Именно так происходит эмульгиро-

вание пищевых жиров в двенадцатиперстной кишке под действием амфи-

патических веществ, содержащихся в жёлчи – жёлчных кислот и фосфоли-

пидов.

58

Рис. 3.4. Диспергирование в воде амфипатических веществ

Водородные связи характерны не только для воды, они широко рас-

пространены в биологических системах. Водородные связи легко образу-

ются между любым электроотрицательным атомом (F, О или N) и атомом Н, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом. Приве-

дём несколько примеров возникновения водородных связей в биологиче-

ских системах:

1. Между комплементарными азотистыми основаниями нуклеиновых кислот, стабилизируя их вторичную структуру. Водородные связи возмож-

ны между А и Т, а также между Г и Ц.

2. Водородные связи стабилизируют вторичную, третичную и четвер-

тичную структуры белковых молекул.

3.2. Растворимость, коэффициент растворимости. Факторы, от ко-

торых зависит растворимость веществ

Растворимость веществ, т.е. способность растворяться в том или ином

растворителе, различается; качественно по способности растворяться ве-

щества можно разделить:

1.на хорошо растворимые (больше 1 г вещества в 100 г растворителя);

2.малорастворимые (0,1–1,0 г вещества в 100 г растворителя);

3.нерастворимые (меньше 0,1 г вещества в 100 г растворителя).

Однако следует иметь в виду, что абсолютно нерастворимых веществ

в природе нет. Например, погруженная в воду серебряная монета частично

59

поставляет в раствор ионы Ag+, благодаря чему вода приобретает целеб-

ные свойства.

Количественно растворимость характеризуют содержанием раство-

ренного вещества в насыщенном растворе. Это содержание выражают с помощью коэффициента растворимости или массовой доли насыщенного раствора.

Коэффициент растворимости s (k) равен максимальной массе ве-

щества (в г), которое можно растворить в данных условиях в 100 г (реже — в 1 дм3) растворителя, чтобы получить насыщенный при данных условиях раствор. В случае газов растворимость часто задают в кубических санти-

метрах (или граммах) на 1 дм3: см3/дм3 или г/дм3.

При записи коэффициента растворимости обязательно указывается вещество, растворитель и внешние условия (для веществ в твердом состо-

янии обычно в качестве внешних условий указывают только температуру),

например:

растворимость KNO3при 20°С равна 25 г в 100 г воды, или растворимость KNO3 в воде при 20°С равна 250 г/л.

Рассмотрим факторы, влияющие на растворимость веществ.

1. Природа растворяемого вещества и растворителя. Подобное рас-

творяется в подобном. Это означает, что энергия взаимодействия между частицами растворяемого вещества должна быть близка к энергии межмо-

лекулярных сил в растворителе. Вода как полярный растворитель лучше растворяет ионные вещества или вещества молекулярного строения с полярными молекулами: соли, щелочи, галогеноводороды, серная кисло-

та и др.; в то же время неполярные алканы, бензол в воде плохо раствори-

мы. Напротив, хорошими растворителями неполярных веществ являются керосин, бензин, состоящие из неполярных молекул углеводородов; име-

ющий неполярные молекулы йод лучше растворим в бензоле, чем в воде.

Растворимость веществ в воде возрастает, если они химически взаимодей-

ствуют с водой (SO3, P2O5, Na2O и др.) или образуют с ней водородные

60