Водородные связи

Присутствие в молекулах атомов сильно электроотрицательных элементов (таких, как фтор, кислород, азот), связанных с атомом водорода, приводит к значительному возрастанию дефицита электронной плотности на этом атоме водорода и увеличению положительного заряда на нём. Такой атом водорода способен принимать неподелённую пару электронов на частично вакантную орбиталь. В результате возникает слабая связь особого типа, называемая водородной связью. Например, для фтороводорода и воды:

Аналогично воде для спиртов характерно образование межмолекулярных водородных связей. В результате такого взаимодействия из молекул спирта, как и из молекул воды, образуются димеры, тримеры и, в конечном итоге, полимеры:

Водородная связь менее прочна, чем обычные ковалентные связи. Энергия образования водородной связи обычно не превышает 20—30 кДж/моль.

Образование водородных связей, например, ответственно за аномально высокие температуры кипения спиртов по сравнению с соответствующими алканами и галогеналканами. Так, например, все спирты с числом атомов углерода от 1 до 11 — жидкости, а высшие спирты — твёрдые вещества. Спирты, содержащие в молекулах не более 3 атомов углерода, смешиваются с водой в любых соотношениях, что является следствием образования водородных связей между молекулами спиртов и воды.

Для карбоновых кислот характерно образование прочных межмолекулярных водородных связей:

Поэтому температуры кипения и плавления у них более высоки по сравнению с соответствующими альдегидами и спиртами. За счёт таких связей димеры карбоновых кислот существуют даже в парá х.

В молекулах таких соединений, как альдегиды, кетоны, простые эфиры, отсутствуют сильно полярные связи С–Н, но за счёт наличия атомов с неподелёнными парами электронов возможно образование водородных связей, например, между молекулами эфира и воды:

Это влияет на их растворимость в воде — простые эфиры значительно лучше растворимы, чем незамещённые углеводороды.

Водородная связь может возникать между атомами одной и той же молекулы. Например, для салицилового альдегида или этиленгликоля:

салициловый альдегид этиленгликоль

Это влияет не только на свойства соединений (физические и химические), но и на конформацию молекулы (гл.1.7.3) и должно благоприятствовать одной из нескольких возможных различных конформаций.