Ջրածնային կապի կարևորությունը կենսաբանության մեջ. Ջրածնային կապ. Միջմոլեկուլային ջրածնային կապի նշանակությունը

Ջրածինը VII խմբի տարր է պարբերական աղյուսակատոմային համարով 1. Առաջին անգամ առանձնացրել է ֆլամանդացի քիմիկոս Ի. Վան Հելմոնտը 17-րդ դարում։ 18-րդ դարի վերջին ուսումնասիրել է անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Գ.Քավենդիշը։ Ջրածին անվանումը գալիս է հունարենից։ հիդրոգեներ (ջուր առաջացնող):

Ջրածինը Տիեզերքի ամենաառատ տարրերից մեկն է: Արեգակի արտանետվող էներգիան առաջանում է ջրածնի չորս միջուկների հելիումի միջուկի միաձուլման արդյունքում։ Երկրի վրա ջրածինը հանդիպում է ջրի, հանքանյութերի, ածուխի, նավթի և կենդանի օրգանիզմների մեջ։ Հրաբխային գազերում ջրածնի փոքր քանակությունը հայտնաբերվում է ազատ տեսքով:

Ջրածինը անգույն և անհոտ գազ է, չի լուծվում ջրում և օդի հետ առաջացնում է պայթուցիկ խառնուրդներ։ Կան ջրածնի երեք տեսակ՝ պրոտիում, դեյտերիում և տրիտում, որոնք տարբերվում են նեյտրոնների քանակով։ Ջրածինը արտադրվում է ջրի էլեկտրոլիզով, որպես նավթի վերամշակման ընթացքում կողմնակի արտադրանք:

• Ջրածնի կենսաբանական դերը

  Ջրածնի դերը բնության մեջ որոշվում է ոչ թե զանգվածով, այլ ատոմների քանակով, որոնց մասնաբաժինը այլ տարրերի մեջ կազմում է 17% (թթվածնից հետո երկրորդ տեղը, որի ատոմների բաժինը կազմում է ~ 52%)։ Հետևաբար, ջրածնի արժեքը քիմիական գործընթացներԵրկրի վրա տեղի ունեցողը գրեթե նույնքան մեծ է, որքան թթվածինը: Ի տարբերություն թթվածնի, որը գոյություն ունի Երկրի վրա և՛ կապված, և՛ ազատ վիճակում, Երկրի վրա գրեթե ողջ ջրածինը միացությունների տեսքով է: Միայն շատ փոքր քանակությամբ է ջրածինը ձևավորվում պարզ նյութպարունակվող մթնոլորտում (0,00005% ծավալով)։

  Ջրածնի հիմնական գործառույթը կենսաբանական տարածության կառուցվածքն է (ջուր և ջրածնային կապեր) և մի շարք օրգանական (կենսաբանական) մոլեկուլների ձևավորում: Ջրածինը ունակ է արձագանքել էլեկտրոն-դրական և էլեկտրոն-բացասական ատոմների հետ, ակտիվորեն փոխազդել բազմաթիվ տարրերի հետ, դրսևորելով ինչպես օքսիդատիվ, այնպես էլ վերականգնող հատկություններ. Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների հետ ռեակցիաներում ջրածինը հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ, իսկ թթվածնի, ծծմբի և հալոգենների հետ կապված՝ այն ցուցադրում է նվազեցնող հատկություն։

  Երբ էլեկտրոնը կորչում է, ջրածնի ատոմ է դառնում տարրական մասնիկ- պրոտոն: Ջրային լուծույթում պրոտոնը վերածվում է հիդրոնիումի կատիոնի, որը ջրվում է ջրի երեք մոլեկուլներով և ձևավորում հիդրոնիումի հիդրոնիումի H 9 O 4+ կատիոնը։ Այս կատիոնի տեսքով պրոտոնները գտնվում են ջրային լուծույթում։

  Կենսաբանական գործընթացներում պրոտոնը չափազանց կարևոր դեր է խաղում՝ նա որոշում է թթվային հատկություններլուծումներ, մասնակցում է ռեդոքսային փոխակերպումներին։ Ջրածնի իոնների մասնակցությամբ մետաղական կատիոնները կապվում են կենսահամալիրների մեջ, տեղի են ունենում տեղումների ռեակցիաներ (օրինակ՝ ոսկրային հյուսվածքի հանքային հիմքի ձևավորում), լիպիդների, պոլիսախարիդների և պեպտիդների հիդրոլիտիկ տարրալուծում։

  Մարդու մարմնում ջրածինը, այլ մակրոտարրերի հետ համատեղ, ձևավորում է ամինային խմբեր և սուլֆիհիդրիլ խմբեր, որոնք կարևոր դեր են խաղում տարբեր բիոմոլեկուլների աշխատանքի մեջ: Ջրածինը մտնում է սպիտակուցների, ածխաջրերի, ճարպերի, ֆերմենտների և այլ կենսաօրգանական միացությունների կառուցվածքում, որոնք կատարում են կառուցվածքային և կարգավորիչ գործառույթներ։ Ջրածնային կապերի շնորհիվ պատճենվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլը, որը փոխանցում է գենետիկ տեղեկատվությունսերնդից սերունդ:

  Երբ ջրածինը փոխազդում է թթվածնի հետ, այն ձևավորում է ջրի մոլեկուլ։ Ջուրը հիմնական նյութն է, որը կազմում է մարմինը: Նորածին մարդու օրգանիզմում ջրի պարունակությունը կազմում է մոտ 80%, հասուն մարդու մոտ՝ 55-60%։ Ջուրը մասնակցում է մեծ թվով կենսաքիմիական ռեակցիաներին, բոլոր ֆիզիոլոգիական և կենսաբանական գործընթացներին, ապահովում է նյութերի փոխանակումը մարմնի և արտաքին միջավայրի, բջիջների և բջիջների միջև: Ջուրը բջիջների կառուցվածքային հիմքն է, որն անհրաժեշտ է նրանց օպտիմալ ծավալը պահպանելու համար, այն որոշում է բիոմոլեկուլների տարածական կառուցվածքը.

  Կենսաբանական միջավայրում ջրի մի մասը (մոտ 40%) գտնվում է կապված վիճակում (կապված է անօրգանական իոնների և կենսամոլեկուլների հետ)։ Մնացածը, այսինքն. ազատ ջուրը շարժական կառույց է, որը կապված է ջրածնային կապերի հետ: Կա մոլեկուլների շարունակական փոխանակում ազատ և կապված ջրի միջև:

  Մարմնի ջուրը պայմանականորեն բաժանվում է արտաբջջային և ներբջջային: Արտբջջային ջուրն իր հերթին բջիջները շրջապատող միջքաղաքային հեղուկն է. ներանոթային հեղուկ (արյան պլազմա) և միջբջջային հեղուկ, որը հայտնաբերվում է շիճուկային խոռոչներում և խոռոչ օրգաններում։ Օրգանիզմում ջրի կուտակումը (հիպերհիդրացիա) կարող է ուղեկցվել ջրի պարունակության ավելացմամբ միջբջջային հատվածում (այտուց), շիճուկային խոռոչներում (կաթիլություն) և բջիջների ներսում (այտուց): Օրգանիզմում ջրի պարունակության նվազումը (ջրազրկումը) ուղեկցվում է տուրգորի նվազմամբ, մաշկի և լորձաթաղանթների չորությամբ, հեմոկենտրոնացումով և հիպոթենզիայով։

  Կա մի տեսություն՝ կապված ջրի կառուցվածքային բնույթի, կենդանի համակարգերում ջրի այսպես կոչված տեղեկատվական դերի և առկայության մասին։ ջրային լուծույթներկառուցվածքային հիշողություն.

  Չնայած այն հանգամանքին, որ ջուրը հիմնական բաղադրիչներից մեկն է մարդու մարմին, նրա դերը դեռ թերագնահատված է և քիչ է ուսումնասիրված ինչպես գիտնականների, այնպես էլ գործնական բժշկության ներկայացուցիչների կողմից։ Միևնույն ժամանակ, մարդու կողմից գրեթե ամբողջ գլիկոգենի և ճարպի կամ նրա սպիտակուցի կեսի կորուստը առողջության վրա ավելի քիչ հետևանքներ է ունենում, քան ջրի ընդամենը 10%-ի կորուստը (մինչդեռ ջրի 20%-ի կորուստը մահացու է):

  Մարդու ջրի կարիքը կազմում է 1-1,5 մլ մեկ կկալ սպառած սննդի համար, այսինքն՝ սննդակարգի 2000 կկալ էներգիայի արժեքի դեպքում օրգանիզմին անհրաժեշտ է օրական 2-ից 3 լիտր ջուր։ Մարդու օրգանիզմում նյութափոխանակության տարբեր ռեակցիաների արդյունքում օրական գոյանում է մոտ 300-400 մլ ջուր։ 1 գ ածխաջրերի օքսիդացումը հանգեցնում է 0,6 գ ջրի, 1,07 գ լիպիդների և 0,41 գ սպիտակուցների առաջացմանը։

• Ջրածնի թունավորություն

  Ջրածինը ոչ թունավոր է: Մարդկանց համար մահացու չափաբաժինը որոշված ​​չէ։

• Ջրածնի միացությունների կիրառությունները

  Ջրածնի միացությունները քիմիական արդյունաբերության մեջ օգտագործվում են մեթանոլ, ամոնիակ և այլն արտադրելու համար։

  Բժշկության մեջ ջրածնի իզոտոպներից մեկը (դեյտերիումը) օգտագործվում է որպես պիտակ ֆարմակոկինետիկ հետազոտություններում դեղեր. Մեկ այլ իզոտոպ (տրիտում) օգտագործվում է ռադիոիզոտոպային ախտորոշման մեջ, ֆերմենտային նյութափոխանակության կենսաքիմիական ռեակցիաների ուսումնասիրության մեջ և այլն։

  Ջրածնի պերօքսիդ H 2 O 2 ախտահանման և մանրէազերծման միջոց է:

Ջրածնային կապերը հատուկ կապ են, որը ստեղծվում է H ատոմի կողմից, որը հանդիպում է OH, NH, FH, ClH և երբեմն SH խմբերում, և H-ը կապում է այս խմբերին N2, O2 և F վալենտով հագեցած ատոմների հետ:

Ջրածնային կապերը որոշում են ջրի կառուցվածքը և հատկությունները՝ որպես կենսաբանական համակարգերի ամենակարևոր և հիմնական լուծիչ։ Ջրածնային կապերը մասնակցում են մակրոմոլեկուլների, բիոպոլիմերների, ինչպես նաև փոքր մոլեկուլների հետ կապերի ձևավորմանը։

Uwater = 4-29 կՋ / մոլ

Ջրածնային կապերի հիմնական ներդրումը գալիս է էլեկտրաստատիկ փոխազդեցություններից, սակայն դրանք չեն սահմանափակվում դրանցով։ Պրոտոնը շարժվում է ուղիղ գծով, որը կապում է էլեկտրաբացասական ատոմները և կրում է այդ ատոմներից տարբեր ազդեցություններ:

Այս գրաֆիկը հատուկ դեպք է, N-H...N և N...H-N հարաբերությունները: R-ը փոխազդող մասնիկների միջև հեռավորությունն է: 2 ազատ էներգիայի նվազագույնը գտնվում են առաջին կամ երկրորդ փոխազդող N ատոմի մոտ։

• 
  Ջրածին հաղորդակցություններ- հատուկ կապ, որը ստեղծվում է H ատոմի կողմից, որը գտնվում է OH, NH, FH, ClH և երբեմն SH խմբերում, և H-ը կապում է այս խմբերը N2, O2 և F վալենտային հագեցված ատոմներին։


• 
  Ջրածին կապ Եվ նրան դերը Վ կենսաբանական համակարգեր. Ջրածին հաղորդակցություններ- հատուկ կապ, որը ստեղծվում է խմբում գտնվող H ատոմով։


• 
  Ջրածին կապ Եվ նրան դերը Վ կենսաբանական համակարգեր.
  Նակառուցված սպիտակուցային ֆիբրիլային մոլեկուլների ցանցի տեսքով, որոնց թվում էական դերըխաղում է ալֆա ակտինին:


• 
  Ջրածին կապ Եվ նրան դերը Վ կենսաբանական համակարգեր. Ջրածին հաղորդակցություններ- հատուկ կապ


• 
  Ջրածին կապ Եվ նրան դերը Վ կենսաբանական համակարգեր. Ջրածին հաղորդակցություններ- հատուկ կապ, որը ստեղծվում է H ատոմով, որը գտնվում է OH խմբերում, ... մանրամասն ».


• 
  Ջրածին կապ Եվ նրան դերը Վ կենսաբանական համակարգեր. Ջրածին հաղորդակցություններ- հատուկ կապ, որը ստեղծվում է H ատոմով, որը գտնվում է OH խմբերում, ... մանրամասն ».


• 
  Դեր Վ կենսաբանական համակարգեր.
  ջրածինը կապՔիմիական հաղորդակցություններ


• 
  2) միջմոլեկուլային, եթե EA և EV ատոմները տարբեր մոլեկուլներում են. Ներմոլեկուլային ջրածինը հաղորդակցություններխաղալ ամենակարևորը կենսաբանական դերը, քանի որ դրանք որոշում են, օրինակ, պոլիմերային սպիտակուցի մոլեկուլների պտուտակավոր կառուցվածքը։


• 
  Մաքոքային փոխանցման մեխանիզմներ ջրածինը. Տուն դերը CTK - կրթություն մեծ քանակությամբ ATP.
  Այս տրանսպորտում համակարգ ջրածինըցիտոպլազմային NAD-ից փոխանցվում է միտոքոնդրիումային NAD, հետևաբար 3-ը ձևավորվում են միտոքոնդրիումներում ATP մոլեկուլներԵվ...


• 
  Դերնյութափոխանակության գործընթացներում դիֆուզիոն Վ կենսաբանական համակարգեր.
  Միջմոլեկուլային և ներմոլեկուլային ջրածինը կապՔիմիական հաղորդակցություններմոլեկուլներում սովորաբար շատ պրո... մանրամասն »:

Գտնվել են նմանատիպ էջեր:10

3 Ո՞ր քիմիական կապն է կոչվում ջրածնային կապ: Որո՞նք են ջրածնային կապի առանձնահատկությունները: Ի՞նչ կարելի է ասել ջրածնային կապերի ամրության մասին՝ համեմատած կովալենտային և իոնային կապերի հետ։ Ո՞րն է ջրածնային կապի նշանակությունը քիմիայի և կենսաբանության մեջ:

Ջրածնային կապն է քիմիական կապջրածնի ատոմների և խիստ էլեկտրաբացասական տարրերի (ֆտոր, թթվածին, ազոտ) ատոմների միջև։ Ջրածնային կապը սովորաբար ձևավորվում է երկու հարևան մոլեկուլների միջև: Օրինակ՝ այն առաջանում է ջրի, սպիրտների, ֆտորաջրածնի և ամոնիակի մոլեկուլների միջև։

Սա շատ թույլ կապ է` մոտ 15-20 անգամ ավելի թույլ, քան կովալենտային կապը: Դրա շնորհիվ որոշ ցածր մոլեկուլային նյութեր ձևավորում են ասոցիատներ, ինչը հանգեցնում է նյութերի հալման և եռման ջերմաստիճանի բարձրացմանը։

Աննորմալ կերպով բարձր ջերմաստիճաններհալվելն ու եռալը բնորոշ են ջրին (եթե նկատի ունենանք ջրածնի միացություններ VI խումբ): VI խմբի բոլոր ջրածնային միացությունները, բացի ջրից, գազեր են։

1)կողմնորոշում(բևեռային մոլեկուլները, դիպոլների հակառակ ծայրերի էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության շնորհիվ, կողմնորոշվում են տարածության մեջ այնպես, որ որոշ մոլեկուլների դիպոլների բացասական ծայրերը վերածվում են այլ մոլեկուլների դիպոլների դրական ծայրերին)

2)ինդուկցիա(նկատվում է նաև բևեռային մոլեկուլ ունեցող նյութերում, բայց սովորաբար այն շատ ավելի թույլ է, քան կողմնորոշիչը: Բևեռային մոլեկուլը կարող է մեծացնել հարևան մոլեկուլի բևեռականությունը: Այլ կերպ ասած, մի մոլեկուլի դիպոլի ազդեցության տակ մյուսի դիպոլը մոլեկուլը կարող է աճել, իսկ ոչ բևեռային մոլեկուլը կարող է դառնալ բևեռային)

3)ցրող(այս ուժերը փոխազդում են ցանկացած ատոմների և մոլեկուլների միջև՝ անկախ դրանց կառուցվածքից: Դրանք առաջանում են ակնթարթային դիպոլային պահերից, որոնք տեղի են ունենում ատոմների մեծ խմբում համատեղ)

35. Ջրածնային կապը, նրա կենսաբանական դերը.

36. Բարդ միացություններ. Վերների տեսությունը. Դերը կենդանի օրգանիզմում.

37. Բարդ միացությունների դիսոցացիա. Բարդ իոնների անկայունության հաստատուն:

38. Քիմիական կապը բարդ միացություններում (օրինակներ):

Բյուրեղային բարդ միացություններլիցքավորված կոմպլեքսներով, կոմպլեքսային և արտաքին ոլորտի իոնների միացում իոնային, արտաքին ոլորտի մնացած մասնիկների միջև կապերը – միջմոլեկուլային(ներառյալ ջրածնայինները): Բարդ մասնիկների մեծ մասում կապեր կան կենտրոնական ատոմի և լիգանդների միջև կովալենտ. Դրանք բոլորը կամ դրանց մի մասը ձևավորվում են դոնոր-ընդունող մեխանիզմով (որպես հետևանք՝ ֆորմալ վճարների փոփոխությամբ)։ Ամենաքիչ կայուն կոմպլեքսներում (օրինակ, ալկալիների և հողալկալիական տարրերի ջրային համալիրներում, ինչպես նաև ամոնիումում) լիգանդները պահվում են էլեկտրաստատիկ ձգողականությամբ։ Բարդ մասնիկների մեջ կապը հաճախ կոչվում է դոնոր-ընդունիչ կամ կոորդինացիոն կապ:

39. Redox ռեակցիաներ. Redox ռեակցիաների տեսակները.

Redox ռեակցիաների տեսակները.

1) Միջմոլեկուլային- ռեակցիաներ, որոնցում օքսիդացնող և վերականգնող ատոմներ են հայտնաբերվել տարբեր նյութերի մոլեկուլներում, օրինակ.

H 2 S + Cl 2 → S + 2HCl

2) Ներմոլեկուլային- ռեակցիաներ, որոնցում օքսիդացնող և վերականգնող ատոմներ են հայտնաբերվել նույն նյութի մոլեկուլներում, օրինակ.

2H 2 O → 2H 2 + O 2

3) Անհամաչափություն (ավտոօքսիդացում-ինքնաբուժում) - ռեակցիաներ, որոնցում նույն տարրը գործում է և որպես օքսիդացնող, և որպես վերականգնող նյութ, օրինակ.

Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl

4)Համաչափություն- ռեակցիաներ, որոնցում մեկ օքսիդացման վիճակ է ստացվում նույն տարրի երկու տարբեր օքսիդացման վիճակներից, օրինակ.

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

40. Ամենակարևոր օքսիդացնող և վերականգնող նյութերը. Redox երկակիություն.

Մի մոլեկուլ և մյուսի ջրածնի ատոմները, տեսակ N-X(X-ը F, O, N, Cl, Br, I է) էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերի պատճառով։

Ջրածնի և այս ատոմներից մեկի միջև կապը բնութագրվում է բավարար բևեռականությամբ, քանի որ կապակցիչը էլեկտրոնային ամպտեղափոխվել է ավելի էլեկտրաբացասական ատոմ: Ջրածինը այս դեպքում գտնվում է դիպոլի դրական վերջում։ Երկու կամ ավելի նման դիպոլներ փոխազդում են միմյանց հետ այնպես, որ մեկ մոլեկուլի ջրածնի ատոմի միջուկը (դիպոլի դրական ծայրը) ձգվում է երկրորդ մոլեկուլի միայնակ էլեկտրոնային զույգով։ Այս կապըդրսևորվում է գազերում, հեղուկներում և պինդ մարմիններում:

Այն համեմատաբար դիմացկուն է։ Ջրածնային կապի առկայությունը առաջացնում է նյութի մոլեկուլների կայունության բարձրացում, ինչպես նաև դրանց եռման և հալման կետերի բարձրացում։ Ջրածնային կապերի առաջացումը կարևոր դեր է խաղում ինչպես քիմիական, այնպես էլ կենսաբանական համակարգերում:

Ջրածնային կապը կարող է լինել ներ- և միջմոլեկուլային (նկ. 14), մոլեկուլներ կարբոքսիլաթթուներոչ բևեռային լուծիչներում դրանք երկիմիզացվում են երկու միջմոլեկուլային ջրածնային կապերի պատճառով:

Բրինձ. 14. Ջրածնային կապի առաջացում. Ա- ներմոլեկուլային; բ- միջմոլեկուլային.

Նյութերի առկայությունը տարբեր ագրեգացման վիճակներցույց է տալիս, որ գոյություն ունի մասնիկների (ատոմներ, իոններ, մոլեկուլներ) փոխազդեցություն վան դեր Վալսի գրավիչ ուժերի պատճառով: Ամենակարևորը և տարբերակիչ հատկանիշԱյս ուժերը նրանց ունիվերսալությունն են, քանի որ դրանք գործում են առանց բացառության բոլոր ատոմների և մոլեկուլների միջև:

Ջրածնային կապերն ազդում են միացությունների ֆիզիկական (եռման կետ, հալման կետ, անկայունություն, մածուցիկություն, սպեկտրալ բնութագրիչներ) և քիմիական (թթու-բազային) հատկությունների վրա։

Միջմոլեկուլային ջրածնային կապեր առաջացնել մոլեկուլների միավորում, ինչը հանգեցնում է նյութի եռման և հալման ջերմաստիճանի բարձրացմանը: Օրինակ, էթիլային սպիրտը C 2 H 5 OH, որը կարող է միավորվել, եռում է +78,3°C, իսկ դիմեթիլ եթերը CH 3 OCH 3, որը ջրածնային կապեր չի առաջացնում, եռում է միայն 24°C ջերմաստիճանում ( մոլեկուլային բանաձեւերկու նյութերը C 2 H 6 O).

Լուծիչների մոլեկուլների հետ H-կապերի առաջացումը բարելավում է լուծելիությունը։ Այսպիսով, մեթիլ և էթիլային սպիրտներ(CH 3 OH, C 2 H 5 OH), ջրի մոլեկուլների հետ ստեղծելով H-կապեր, անորոշ ժամանակով լուծվում են դրանում։

Ներմոլեկուլային ջրածնային կապ ձևավորվում է մոլեկուլում ատոմների համապատասխան խմբերի բարենպաստ տարածական դասավորությամբ և հատուկ ազդում հատկությունների վրա։ Օրինակ, սալիցիլաթթվի մոլեկուլներում H-կապը մեծացնում է դրա թթվայնությունը:

Ջրածնային կապերը և դրանց ազդեցությունը նյութի հատկությունների վրա

Ներկայումս նաև ենթադրվում է, որ քիմիական ջրածնային կապերը կարող են լինել թույլ կամ ուժեղ:

Նրանք միմյանցից տարբերվում են էներգիայով և կապի երկարությամբ (ատոմների միջև հեռավորությամբ).

1. Ջրածնային կապերը թույլ են: Էներգիան՝ 10-30 կՋ/մոլ, կապի երկարությունը՝ 30։ Վերը թվարկված բոլոր նյութերը նորմալ կամ թույլ ջրածնային կապերի օրինակներ են։

2. Ջրածնային կապերն ամուր են։ Էներգիան՝ 400 կՋ/մոլ, երկարությունը՝ 23-24։