Ջրածնային կապեր

Ջրածնային կապ

Միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների տեսակների մեջ հատուկ տեղ են գրավում ջրածնային կապերը: Այդ կապերի առկայությամբ են պայմանավորված շատ նյութերի հատկությունները: Մեծ է ջրածնային կապերի դերը նաև կենսաօբյեկտների հատկություններում: Այսպես՝ ջրածնային կապերի առկայությամբ են բացատրվում կարևորագույն կենսապոլիմերների՝ ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի և սպիտակուցների մակրոմոլեկուլներին բնորոշ պարուրաձև կառուցվածքը և ֆունկցիաների յուրահատկությունները: Ջրածնային կապը բնորոշ է ջրածնի և ամենամեծ էլեկտրաբացասականությամբ օժտված ատոմների` ֆտորի, թթվածնի, ազոտի և ավելի քիչ` քլորի և ծծումբի միացություններին: Նրա էներգիան կարգով փոքր է քիմիական կապի էներգիայից, սակայն զգալիորեն մեծ է վանդերվաալսյան փոխազդեցության էներգիայից: Ջրածնային կապի առաջացումը պայմանավորված է ջրածնի ատոմի կառուցվածքի յուրահատկություններով: Նախ` ջրածնի ատոմի իոնը պարզապես պրոտոն է, որի չափը 105 անգամ ավելի փոքր է այլ իոնների չափերից: Ուստի այդ իոնը գործնականում կարելի է համարել նյութական կետ: Երկրորդ՝ ջրածնի ատոմում էլեկտրոնը շատ ուժեղ կապված է պրոտոնին: Ջրածնի ատոմի իոնացման պոտենցիալը 13.5 էՎ է, որը մի քանի անգամ մեծ է այլ ատոմների իոնացման պոտենցիալներից: Դա նշանակում է, որ իոնական բյուրեղներ առաջացնելիս այն իրեն պահում է այլ ատոմներից տարբերվող վարքով: Այսպես՝ պրոտոնը կարծես թե անմիջականորեն նստում է բացասական իոնի մակերևույթին, որի հետևանքով ստացվում են այնպիսի կառուցվածքներ, որոնք հնարավոր չեն այլ իոնների դեպքում: Ջրածնային կապերի առաջացումը կարելի է մեկնաբանել էլեկտրաստատիկական բնույթի ուժերի առկայությամբ: Կովալենտ բևեռային կապով կապված միացություններում մեծ էլեկտրաբացա սականությամբ տարրը, օրինակ` ֆտորի ատոմը HF–ում, դեպի - 187 - իրեն է շեղում կովալենտ կապի գոյացման ժամանակ ընդհանրացված էլեկտրոնային զույգին՝ օժտվելով հավելորդային բացասական լիցքով, իսկ ջրածնի ատոմում պրոտոնը գրեթե մերկանում է, այսինքն` ջրածնի ատոմը ձեռք է բերում հավելորդային դրական լիցք: Առաջին մոտավորությամբ կարող ենք ասել, որ այդ վերաբաշխված լիցքերի էլեկտրաստատիկական փոխազդեցության հետևանքով գոյանում է ջրածնային կապ փոխազդեցությունը, որը ինտենսիվության առումով միջանկյալ դիրք է գրավում քիմիական և ֆիզիկական փոխազդեցությունների միջև. նրա էներգիան կարգով թույլ է քիմիական կապի էներգիայից, կարգով ուժեղ է ֆիզիկական փոխազդեցության էներգիայից: Շատ ավելի հիմնավորված է ջրածնային կապի բնույթի քվանտամեխանիկական մեկնաբանությունը: Թթվածնի և ջրածնի միջև կովալենտ կապի գոյացման ընթացքում ջրածնի ատոմը դոնորա-ակցեպտորային փոխազդեցության մեջ է մտնում թթվածնի ատոմի հետ: Թթվածնի ատոմի՝ կովալենտ կապերին չմասնակցող վալենտային էլեկտրոնային զույգը ձգտում է զբաղեցնելու ջրածնի ատոմի գրեթե ազատ էներգետիկ մակարդակը, որի հետևանքով գոյանում է վերոհիշյալ դոնորա-ակցեպտորային փոխազդեցությունը: Ինչպես հետևում է սահմանումից, վերջին հաշվով այս մեկնաբանությունը ևս հանգում է փոխազդեցության էլեկտրաստատիկական բնույթին: Ջրածնային կապերի առկայությունը հսկայական ազդեցություն է ունենում նյութերի ֆիզիկական հատկությունների վրա: Նման դեպքում առաջանում են մոլեկուլների ասոցիատներ, որի հետևանքով խիստ փոխվում են համապատասխան նյութերի ֆիզիկական հատկությունները: Օրինակ՝ ջրածնային կապերի առկայությամբ են պայմանավորված ջրի, ֆտորաջրածնի, ամոնիակի և մի շարք այլ նյութերի անսպասելի բարձր հալման և եռման ջերմաստիճանները: Դրանցով են պայմանավորած նաև կարևորագույն կենսապոլիմերների` ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի, սպիտակուցների և պոլիշաքարների բնորոշ կառուցվածքային և, վերջին հաշվով, ֆունկցիոնալ յուրահատկությունները: - 188 - Ջրածնային կապի առաջացման որակական մեխանիզմն այսպիսին է. քանի որ ջրածնի ատոմն այլ ատոմների համեմատ ունի շատ փոքր չափեր, ուստի նրա միջուկը կարող է շատ մոտենալ այնպիսի ատոմներին, որոնք կապված են կովալենտ կապերով: Եթե ջրածնի ատոմն ինքն է կապված որևէ էլեկտրաբացասական ատոմի, ապա եթե մոլեկուլները մոտենան այնպիսի հեռավորության վրա, որ հնարավոր լինի պրոտոնի անցում, վերջինս փոխազդող մոլեկուլների երկու ատոմների կողմից կձգվի հավասարապես: Առանձնապես նման հատկություններով օժտված են   OH NH , , 2 NH , COOH խմբեր պարունակող մոլեկուլները: Բազմաթիվ փորձարարական փաստեր վկայում են, որ ջրածնի ատոմն ի վիճակի է միաժամանակ կապվելու երկու այլ ատոմների, որոնք գտնվում են այլ մոլեկուլներում կամ նույն մոլեկուլի կազմում: Ի հաշիվ կովալենտ փոխազդեցության՝ ջրածինը ատոմներից մեկի հետ սովորաբար ավելի ուժեղ կապով է կապվում, քան մյուսի: Վերջինիս հետ գոյացած կապը կոչվում է ջրածնային: