Глава 3. 3.1. Ионная химическая связь

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

3.1. Ионная химическая связь

В Периодической системе элементов особняком стоят благо­родные газы. Это уникальные химические элементы, так как даже в форме простого вещества они существуют в виде отдельных ато­мов, не связанных друг с другом.

Некоторые химики до сих пор затрудняются ответить на воп­рос, как рассматривать частицы благородных газов в простом ве­ществе: как свободные атомы или как одноатомные молекулы. Нет однозначного мнения и о том, какой тип кристаллической ре­шетки характерен для простых веществ этих элементов. По физи­ческим свойствам это вещества с молекулярными кристалличе­скими решетками, а по составу — ...? Ведь силы межмолекуляр­ного взаимодействия, удерживающие частицы в кристаллах, дей­ствуют между атомами.

Такое «равнодушное» отношение к образованию химических связей является «пределом мечтаний» для атомов всех других хи­мических элементов, которые в виде свободных атомов встреча­ются очень редко, только в экстремальных условиях.

Почему же атомы благородных газов так самодостаточны? Про­анализировав их положение в Периодической системе элементов, вы сами сможете назвать причину. Все дело в том, что атомы бла­городных газов содержат завершенный внешний электронный слой, на котором у атома гелия находятся два электрона, а у остальных — восемь. Атомы всех других элементов стремятся приобрести имен­но такую устойчивую электронную конфигурацию и часто дости­гают этого либо в результате присоединения электронов от других атомов (такой процесс в химии называют восстановлением), либо в результате отдачи своих внешних электронов другим атомам (процесс окисления). Атомы, присоединившие чужие электроны, превращаются в отрицательные ионы, или анионы. Атомы, отдав­шие свои электроны, превращаются в положительные ионы, или катионы.

Понятно, что между противоположно заряженными катиона­ми и анионами возникают силы электростатического притяжения, которые и будут удерживать ионы друг около друга, осуществляя тем самым ионную химическую связь.

! Ионная химическая связь — это связь, образовавшаяся между катионами и анионами за счет их электростатического при­тяжения.

Поскольку катионы образуются преимущественно атомами металлов, а анионы — атомами неметаллов, логично сделать вы­вод, что этот тип связи характерен для бинарных (двухэлемент­ных) соединений, образованных типичными металлами (щелоч­ными и щелочноземельными) и типичными неметаллами (гало­генами, кислородом). Классическим примером веществ с ионной связью являются галогениды и оксиды щелочных и щелочнозе­мельных металлов (рис. 3.1).

Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно представить так:

Два разноименно заряженных иона, связанных силами взаим­ного притяжения, не теряют способности взаимодействовать и с другими противоположно заряженными ионами. В результате обра­зуются кристаллические соединения, состоящие из огромного числа ионов.

Кристаллические вещества характеризуются правильным рас­положением тех частиц (в нашем случае ионов), из которых они состоят, в строго определенных точках пространства. При соеди­нении этих точек прямыми линиями образуется пространствен­ный каркас, который называют кристаллической решеткой. Точ­ки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки. Понятно, что вещества с ионным типом связи имеют ионные кристаллические решетки (цв. вклейка, рис. 4).

Такие соединения представляют собой твердые, прочные, не­летучие вещества с высокими температурами плавления. При обыч­ных условиях кристаллы таких веществ не проводят электриче­ский ток, а растворы и расплавы большинства ионных соедине­ний представляют собой прекрасные электролиты.

Вещества с ионными кристаллическими решетками хрупкие. Если попытаться деформировать такую кристаллическую решет ку, один из ее слоев будет двигаться относительно другого до тех пор, пока одинаково заряженные ионы не окажутся друг против друга. Эти ионы сразу начнут отталкиваться, и решетка разрушит­ся. Отсюда и хрупкость ионных соединений.

Ионные соединения — это не только бинарные соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Это также соединения, образованные тремя и более элементами. Вы без труда сможете назвать их. Это все соли (цв. вклейка, рис. 5), а также гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

В заключение приведем классификацию ионов по разным при­знакам:

1) по составу различают простые (Na⁺, Сl^-, Са²⁺) и сложные (ОН^-, S0₄^2-, NH₄⁺) ионы;

2) по знаку заряда различают положительные ионы, или кати­оны (Мⁿ⁺, NH₄⁺, Н⁺), и отрицательные ионы, или анионы (ОН^-, анионы кислотных остатков);

3) по наличию гидратной оболочки различают гидратирован­ные (например, синие ионы Си^2+.4Н₂0) и негидратированные (на­пример, неокрашенные ионы Си²⁺).

Все в нашем мире относительно. То же самое можно сказать и об ионной связи. Число соединений с ионным типом связи весь­ма ограничено, но даже в них чисто ионной связи не наблюдается. Например, отсутствуют «чистые» ионы натрия и хлора с заряда­ми +1 и -1 соответственно. Истинный заряд этих ионов составляет +0,8 и -0,8. Следовательно, даже в соединениях, которые рас­сматривают как ионные, в некоторой степени проявляется ковалентный характер связи. И, наконец, относительной истиной яв­ляется утверждение о том, что ионная связь — это результат вза­имодействия самых типичных металлов с самыми типичными не­металлами. Например, соли аммония, образованные за счет ион­ной связи между катионами аммония и анионами кислотного ос­татка (например, NH₄Cl, NH₄NO₃), имеющие ионную связь, со­стоят исключительно из неметаллов.

? 1. Почему благородные газы раньше относили к нулевой группе Периодической системы? Почему сейчас их относят к восьмой группе? Какие металлы по аналогии называют благородными? Почему?

2. Напишите электронную конфигурацию внешнего слоя атомов бла­городных газов, галогенов, щелочных металлов.

3. Дайте определение понятия «катион». Какие группы катионов вы знаете?

4. Дайте определение понятия «анион». Какие группы анионов вы зна­ете?

5. Исходя из понятий «катион» и «анион» дайте еще одно определение ионной связи.

6. Составьте схемы образования ионной связи для веществ: CaF₂, Li₂0, KCl.

7. Дайте определение понятий «кристаллическая решетка», «ионная кристаллическая решетка».

8. Какими физическими свойствами характеризуются вещества с ион­ными кристаллическими решетками?

9. Среди перечисленных веществ: KCl, AlCl₃, BaO, Fe₂O₃, Fe₂(S0₄)₃, H₂S0₄, Si0₂, NH₃ — определите соединения с ионной кристаллической решеткой.

10. Не проводя расчеты, определите, в каком из соединений: NaCl, KCl, LiCl, CaCl₂ — массовая доля хлора выше. Вывод подтвердите расче­тами.

11. Определите формулу ионного соединения, массовые доли элемен­тов в котором составляют: кальция 24,39 %, азота 17,07%, кислорода 58,54%.

3.2. Ковалентная химическая связь.

Альтернативным путем построения устойчивой конфигурации из восьми (для водорода — двух) электронов является их обобще­ствление, т.е. предоставление в совместное пользование. В резуль­тате такого процесса образуются Общие электронные пары, кото­рые играют роль «связующей нити» между атомами, образующи­ми химическую связь.

! Химическая связь между атомами, возникающая путем обобществления электронов с образованием общих электронных пар, называется ковалентной.

Образование общей электронной пары может происходить двумя способами.

При сближении двух атомов, имеющих неспаренные электро­ны, происходит взаимное проникновение соответствующих элек­тронных орбиталей, их перекрывание. В месте перекрывания обра­зуется так называемая электронная плотность, т.е. область про­странства, где вероятность нахождения электрона значительно увеличивается. Область перекрывания условно считают обшей элек­тронной парой двух атомов. Такой механизм образования кова­лентной связи называют обменным.

Обменный механизм, например, реализуется при образовании химической связи в молекуле водорода Н₂. Атомы водорода пере­дают в общее пользование друг другу свои единственные неспа­ренные электроны, тем самым получая завершенный энергети­ческий уровень из двух электронов, подобный атому инертного газа гелия. Образующаяся электронная пара в равной мере при­надлежит обоим атомам:

Н^. + ^.Н → Н : Н или Н-Н

В обоих приведенных примерах ковалентной связью связаны атомы одного и того же элемента. Общая электронная пара в рав­ной мере принадлежит обоим атомам.

! Ковалентная связь, образующаяся между атомами одного и того же элемента, называется неполярной.

Обобществлять электроны с образованием ковалентной связи могут атомы разных элементов. В этом случае необходимо прини­мать во внимание такое свойство химического элемента, как элек-троотрицательность.

! Электроотрицательностью называют свойство атомов элемента оттягивать к себе общие электронные пары.

Важнейшие элементы-неметаллы можно расположить в следу­ющий ряд по усилению их электроотрицательности:

Рассмотрим образование ковалентной связи в молекуле амми­ака. Атом азота содержит на внешнем энергетическом уровне пять электронов в полном соответствии с номером группы, из кото­рых три электрона неспаренные (чтобы определить число неспаренных электронов, нужно от заветной восьмерки отнять число внешних электронов, в нашем случае: 8 - 5 = 3).

Атом азота значительно более электроотрицателен, чем водо­род, поэтому в большей степени притягивает к себе общие элек­тронные пары. В результате такого смещения атом азота приобре­тает частичный отрицательный заряд δ-, атомы водорода — час­тичный положительный заряд δ+.

! Ковалентная химическая связь между атомами с различной электроотрицательностью называется полярной.

Во всех приведенных выше примерах химическая связь осуще­ствляется за счет одной общей пары электронов. Однако атомы способны образовывать также две или три общие электронные пары, например в молекулах оксида углерода(IV) или азота:

Число общих электронных пар определяет кратность ковалент­ной связи, которая бывает одинарной, двойной, тройной. Так, в молекуле Н₂ или NH₃ связи одинарные, в молекуле СО₂ — две двойные связи, в молекуле N₂ — одна тройная связь.

Другой возможный механизм возникновения общей электрон­ной пары рассмотрим на классическом примере образования ка­тиона аммония.

Такой механизм образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным. Все четыре связи N —Н в катионе аммония абсолютно равноценны, невозможно различить, какая из них обра­зована по донорно-акцепторному, а какая — по обменному меха­низму.

Вещества с ковалентным типом связи в твердом состоянии образуют кристаллические решетки двух типов: атомные и моле­кулярные.

Кристаллические решетки, в узлах которых расположены ато­мы, называют атомными. Вещества с атомной кристаллической решеткой характеризуются большой прочностью и твердостью, высокой температурой плавления, они нелетучи, без химическо­го взаимодействия практически не растворяются ни в каких рас­творителях. Примерами таких веществ могут служить алмаз, кварц Si0₂, оксид алюминия, карборунд SiC.

Кристаллические решетки, в узлах которых расположены мо­лекулы вещества, называют молекулярными. Внутримолекулярные ковалентные связи достаточно прочны, но отдельные молекулы соединены между собой довольно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому молекулярная решетка самая непрочная среди всех типов решеток. Такие вещества имеют небольшую твердость, сравнительно низкие температуры плавления; они летучи. Приме­рами соединений с молекулярной кристаллической решеткой могут служить вода, йод, углекислый газ, уксусная кислота, сахароза.

Все аллотропные модификации углерода, в том числе и наибо­лее известные — алмаз и графит, имеют атомные кристалличес­кие решетки (цв. вклейка, рис. 6, 7).

? 1. Дайте определение ковалентной связи. Какие два механизма ее образования вы знаете? Приведите примеры, напишите схемы.

2. Дайте определение ковалентной неполярной связи. Приведите при­меры, напишите схемы.

3. Дайте определение ковалентной полярной связи. Приведите приме­ры, напишите схемы образования ковалентной связи по обменному и донорно-акцепторному механизму.

4. Какие типы связей характерны для следующих вешеств: Вг₂, НВг, КВг? Напишите схемы их образования.

5. Как различают ковалентные связи по кратности? Какие связи обра­зуются в следующих соединениях: SО₂, H₂S, HCN? Напишите структур­ные формулы этих веществ.

6. Не проводя расчетов, укажите, в каком из оксидов серы: SО₂ и SO₃ — содержание серы максимально. Вывод подтвердите расчетами.

7. При сжигании 24 г углерода получено 33,6 л углекислого газа. Како­ва массовая доля примесей в образце углерода?

8. Можно ли рассматривать ионную связь как ковалентную? Почему?

3.3. Металлическая химическая связь

Атомы металлов характеризуются тремя отличительными осо­бенностями.

Во-первых, они имеют 1—3 электрона на внешнем энергети­ческом уровне. Однако у атомов олова и свинца валентных элект­ронов четыре, у сурьмы и висмута — пять, у полония — шесть. Почему же эти элементы являются металлами? Очевидно, начи­нает сказываться вторая отличительная особенность строения ато­мов металлов — их сравнительно большой радиус. Наконец, в-третьих, атомы металлов имеют большое число свободных орбиталей. Так, у атома натрия, например, один внешний валентный электрон располагается на третьем энергетическом уровне, который имеет девять орбиталей (одну s-, три р- и пять d-орбиталей).

При сближении атомов металлов их свободные орбитали могут перекрываться, и валентные электроны получают возможность перемешаться с орбитали одного атома на свободную и близкую по энергии орбиталь соседних атомов. Атом, от которого «ушел» электрон, превращается при этом в ион. В результате этого в ме­таллическом изделии или кусочке металла формируется совокуп­ность свободных электронов, которые непрерывно перемещаются между ионами. При этом, притягиваясь к положительным ионам металла, электроны вновь превращают их в атомы, затем снова отрываются, превращая последние в ионы, и так происходит бес­конечно. Следовательно, в простых веществах металлах реализует­ся бесконечный процесс превращения атом ион, который осуществляют валентные электроны, а частицы, из которых со­стоят металлы, так и называют атом-ионами:

Такая же картина наблюдается и в металлических сплавах.

! Металлической связью называют связь в металлах и сплавах между атом-ионами металлов, осуществляемую совокупно­стью валентных электронов.

Металлическая связь определяет и особое кристаллическое стро­ение металлов и сплавов — металлическую кристаллическую ре­шетку, в узлах которой расположены атом-ионы.

Металлическая кристаллическая решетка и металлическая связь обусловливают и все наиболее характерные свойства металлов: ковкость, пластичность, тягучесть, электро- и теплопроводность, металлический блеск, способность к образованию сплавов.

Пластичностью объясняется способность металлов расплющи­ваться при ударе или вытягиваться в проволоку под действием силы. Это важнейшее механическое свойство металлов лежит в основе уважаемой большинством народов мира профессии кузне­ца. Недаром среди богов разных верований почти единственным рабочим богом был бог огня, покровитель кузнечного ремесла: у греков — Гефест, у римлян — Вулкан, у славян — Сварог. Плас­тичность металла объясняется тем, что под внешним воздействи­ем слои атом-ионов в кристаллах легко смещаются, как бы сколь­зят друг относительно друга без разрыва связи между ними. Неко­торое представление об этом вам может дать простейший опыт. Если между двумя плоскими стеклянными пластинками, например между зеркальцами, поместить несколько капель воды, то зеркальца будут легко скользить друг по другу, а вот разъединить их будет довольно трудно. В нашем опыте вода играет роль совокупности электронов металла.

Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить самую тонкую фольгу толщиной всего 0,003 мм. Такие тонкие листочки фольги используют для золочения изделий, на­пример деревянной резьбы. Художественные изделия из золота, созданные благодаря его пластичности, дошли до нас через тыся­челетия (цв. вклейка, рис. 8).

Высокая электрическая проводимость металлов как раз и обу­словлена наличием в них совокупности подвижных электронов, которые под действием электрического поля приобретают направ­ленное движение. Лучшими проводниками электрического тока являются серебро и медь. Немного уступает им алюминий. Однако в большинстве стран все чаще и чаще провода изготавливают не из меди, а из более дешевого алюминия. Хуже всего электриче­ский ток проводят марганец, свинец и ртуть, а также вольфрам и некоторые подобные ему тугоплавкие металлы. Электрическое со­противление вольфрама настолько велико, что он начинает све­титься при прохождении через него тока, что используют для из­готовления нитей ламп накаливания (рис. 3.2).

Аналогично электропроводности изменяется и теплопроводность металлов, которая также объясняется высокой подвижностью элек­тронов, которые, сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами металлов, обмениваются с ними тепловой энергией. С повышением температуры эти колебания ионов с помощью элек­тронов передаются другим ионам, и температура металла быстро выравнивается. О практическом значе­нии этого свойства вы можете судить по кухонной металлической посуде.

Гладкая поверхность металла или ме­таллического изделия характеризуется металлическим блеском, который явля­ется результатом отражения световых лучей. Высокой световой отражательной способностью обладают металлы: ртуть (из нее раньше готовили знаменитые ве­нецианские зеркала), серебро, палладий и алюминий. Из последних трех метал­лов изготавливают зеркала, прожекто­ры и фары.

В порошке металлы теряют блеск, приобретая черную или серую окраску, и только магний и алюминий сохраняют его. Поэтому из алюминиевой пыли изготавливают декоративное покрытие — краску «серебрянку». От­раженный поверхностью металлов свет и определяет серебристо-белый цвет большинства металлов, так как они рассеивают в рав­ной степени все лучи видимой части спектра. А вот золото и медь поглощают в большей степени лучи с короткой длиной волны, близкие к фиолетовым, отражая при этом длинноволновые лучи, а потому и окрашены соответственно в желтый (червонный) или красно-желтый (медный) цвета. Посмотрите на рис. 9 на цветной вклейке, где представлены изготовленные природой причудли­вые самородки металлов, имеющие соответствующую окраску.

Еще в глубокой древности люди заметили, что сплавы облада­ют другими, нередко более полезными свойствами, чем состав­ляющие их чистые металлы. Поэтому в чистом виде металлы ис­пользуют редко. Чаще применяют их сплавы. Из чуть более 80 из­вестных металлов получены десятки тысяч различных сплавов. Например, у первого полученного человеком сплава — бронзы прочность выше, чем у составляющих се меди и олова. Сталь и чугун прочнее чистого железа. Чистый алюминий — очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из алюминия, магния, марганца, меди, никеля, называемый дюр­алюминием, в 4 раза прочнее алюминия на разрыв, а потому его образно называют «крылатым металлом» и используют для изго­товления конструкций самолетов (рис. 3.3).

Кроме большей прочности сплавы обладают и более высокой коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, в то же время оловянная бронза имеет прекрас­ные литейные качества — из нее отливают художественные изде­лия, которые требуют тонкой проработки деталей. Чугун — сплав железа с углеродом — также великолепный литейный материал.

Кроме высоких механических качеств сплавам присущи свой­ства, которых нет у чистых ме­таллов. Например, нержавеющая сталь — сплав на основе желе­за — обладает высокой жаропроч­ностью и коррозионной стойко­стью даже в агрессивных средах.

Начавшаяся примерно 100 лет назад научно-техническая рево­люция, затронувшая и промыш­ленность, и социальную сферу, также тесно связана с производ­ством металлов и сплавов.

На основе вольфрама, молиб­дена, титана и других металлов начали создавать устойчивые к коррозии, сверхтвердые и туго­плавкие сплавы, применение которых значительно расширило возможности машиностроения. В ядерной и космической тех­нике (рис. 3.4) из сплава вольф­рама и рения делают детали, ра­ботающие при температуре до 3000 ⁰С.

В медицине используют хирургические инструменты и имплантаты из сплавов тантала и платины.

? I. Какими особенностями характеризуется строение атомов металлов? Какое положение в таблице Менделеева занимают метал­лы?

2. Дайте определение металлической связи. Что общего у нее с ионной и ковалентной связями?

3. Какое строение имеет металлическая кристаллическая решетка? Сравните ее с ионной и атомной кристаллическими решетками.

4. Какие физические свойства металлов определяются их кристалли­ческим строением?

5. Назовите жидкий при обычных условиях металл. Какие правила тех­ники безопасности необходимо соблюдать при работе с предметами, содержащими этот металл?

6. В состав бронзы входят 20% олова и 80% меди. Рассчитайте массу каждого компонента бронзы, необходимой для изготовления скульпту­ры массой 200 кг. Какое количество вещества каждого металла потребо­валось для этого?

7. Плотность металлического золота равна 19 г/см³. Определите пло­щадь золотой пленки толщиной 0,003 мм, которую можно изготовить из кусочка металла массой 3 г.

8. Для получения металлической меди используют два ее природных оксида, содержащих соответственно 89 и 80 % металла. Определите фор­мулы оксидов.

9. В знаменитом легкоплавком сплаве Вуда с температурой плавления всею 62 ⁰С массовая доля висмута в два раза больше, чем свинца; массовая доля свинца в два раза больше, чем олова; а массовая доля кадмия равна массовой доле олова. Рассчитайте массовые доли металлов в сплаве.

3.4. Водородная химическая связь

Рассмотрением водородной связи завершаем знакомство с ти­пами химической связи. И эо не случайно.

Во-первых, водородная связь — предмет нескончаемых дис­куссий между физиками и химиками, с различных точек зрения рассматривающих этот тип связи. Физики утверждают, что это разновидность межмолекулярного взаимодействия, имеющего физическую природу, и аргументируют тем, что энергия такой связи составляет всего лишь 4 —40 кДж/моль. Большинство хими­ков придерживаются иной точки зрения, которая будет изложена ниже.

Во-вторых, рассмотрение водородной связи позволит сравнить эту связь с другими типами и тем самым обобщить наши пред­оставлении о природе химической связи вообще.

В-третьих, это самая значимая на нашей планете химическая связь, ибо она определяет структуру тех соединений, которые являются носителями жизни на Земле, отвечают за хранение и воспроизведение наследственной информации живых организмов.

Все изученные ранее типы химической связи имеют названия, в основу которых положены обобщенные химические понятия: ионы, атомы, металлы. А «водородная связь» — специфический термин, ассоциирующийся с конкретным химическим элемен­том — водородом. Очевидно, это связано со спецификой строе­ния атома водорода, имеющего один валентный электрон. Уча­ствуя в образовании химической связи, этот электрон обнажает крошечное ядро атома водорода, представляющее собой ни что иное как протон.

! Химическую связь между атомами водорода одной молекулы и атомами электроотрицательных элементов (фтором, кис­лородом, азотом) другой молекулы называют водородной.

Межмолекулярная водородная связь объясняет тот факт, что вещества с небольшими относительными молекулярными масса­ми при обычных условиях представляют собой жидкости (вода, спирты — метиловый, этиловый, карбоновые кислоты — муравьиная, уксусная) или легко сжижаемые газы (аммиак, фтороводород).

Механизм образования водородной связи имеет двойную при­роду. С одной стороны, он состоит в электростатическом притя­жении между атомом водорода с частичным положительным за­рядом и атомом кислорода (фтора или азота) с частичным отри­цательным зарядом. С другой стороны, в образование водородной связи вносит свой вклад и донорно-акцепторное взаимодействие между почти свободной орбиталью атома водорода и неподеленной электронной парой атома кислорода (фтора или азота). На­пример, вода ассоциирована в жидкость за счет водородных свя­зей, возникающих между молекулами-диполями:

В жидкой воде образуется множество водородных связей между молекулами.

Способность некоторых газов за счет образования водородных связей легко сжижаться и вновь переходить в газообразное состо­яние с поглощением теплоты позволяет использовать их в каче­стве хладагентов в промышленных холодильных установках. Наиболее широко применяется в этой роли аммиак:

Именно водородными связями объясняются аномально высо­кие температуры кипения (100°С) и плавления (0 ⁰С) воды. При этом, в отличие от большинства других жидкостей плотность воды при переходе в твердое состояние (лед, снег) не увеличивается, а уменьшается. Это объясняет тот факт, что лед легче воды и не тонет в ней, а потому водоемы не промерзают зимой до дна, тем самым сохраняя жизнь водным обитателям.

Водородные связи в немалой степени способствуют образова­нию кристаллов в виде бесконечного разнообразия снежинок.

Все рассмотренные выше примеры касались такой разновид­ности водородной связи, которая называется межмолекулярной водородной связью. Однако еще более важна в организации струк­тур жизненно важных молекул внутримолекулярная водородная связь. Эта связь определяет вторичную структуру белковых молекул.

Белковая молекула представляет длинную полимерную цепоч­ку, закрученную в спираль. Витки этой спирали удерживаются от раскручивания за счет водород­ных связей между атомами во­дорода и кислорода участков первичной структуры белковой молекулы.

Будучи очень нежной и уяз­вимой водородная связь в бел­ках может легко разрушаться — белки денатурируют. Такая дена­турация может быть обратимой и необратимой.

Обратимая денатурация белковых молекул имеет социальное значение. Так, денатурирующими факторами белков чело­веческого организма могут слу­жить механические воздействия (работники дорожных служб, шах­теры, горняки и другие специалисты, использующие вибрирую­щие инструменты), действие высоких температур (рабочие горячих цехов — металлурги (рис. 3.5), стекловары и т.д.), электро­магнитное излучение (врачи-рентгенологи, работники АЭС), хи­мическое воздействие (работники химических производств). А потому, все перечисленные категории работников для компенсации вредного воздействия условий труда на организм пользуются предусмотренными законодательством Российской Федерации льгота­ми: имеют сокращенный рабочий день, большую продолжитель­ность оплачиваемого отпуска, специальное питание, более ран­ний выход на пенсию, более высокую заработную плату.

Необратимая денатурация хорошо вам известна по процедуре варки яиц или приготовления мяса, рыбы и других белковых про­дуктов.

О том, как денатурирующие факторы приводят к разрушению природной структуры белковых молекул, можно судить по не­сложным опытам. Если к раствору белка куриного яйца прилить немного этилового спирта или соли тяжелого металла (медного купороса, нитрата свинца(II)), можно будет заметить выпадение осадка вследствие денатурации белка. Аналогичным действием обладает никотин, очень крепкий чай и кофе. Может быть, эти опыты помогут вам понять, как губительны такие вредные при­вычки, как курение, употребление спиртного и др.

? 1. Дайте определение водородной связи. Какую точку зрения — физиков или химиков — вы разделяете по вопросу ее природы?

2. Каков механизм возникновения водородной связи? Какие виды водородной связи вы знаете?

3. Какими особыми свойствами обладают вещества с межмолекуляр­ной водородной связью?

4. Какую роль играет межмолекулярная водородная связь в практиче­ской жизни человека и в природе?

5. Какую роль играет внутримолекулярная водородная связь в органи­зации структуры белков?

6. В чем, по-вашему, состоит социальная роль водородных связей? Ответ проиллюстрируйте примерами из практической жизни человека.

7. Приготовьте сообщение о химической природе негативных послед­ствий курения и употребления алкоголя для организма человека.