26. Водородная связь в супрасистемах

Водородная связь возникает между электроотрицательным атомом, имеющим неподеленную электронную пару-, и атомом водорода, который химически связан с другим электроотрицательным атомом и имеет избыточный положительный заряд. Схематически она изображается так:

R₁—А—Н:В—R₂, где R_1, R₂- радикалы: А и В - электроотрицательные. Двумя точками показана пара электронов.

Водородная связь имеет электростатическую и донорно-акцепторную природу. Электростатическая компонента появляется за счет взаимодействия разноименно заряженных атомов и диполей, в состав которых они входят. Донорно-акцепторное взаимодействие возникает между электронной парой молекулы донора (:В—R:) и свободной орбиталью молекулы-акцептора (R₁—А—Н).

Водородная связь, подобно ковалентной, обладает насыщаемостью (каждый протон может образовать лишь одну такую связь) н направленностью: атомы, участвующие в связывании, должны быть определенным образом сориентированы, что накладывает на структуру комплекса, образованного водородными связями, пространственные ограничения, одновременно повышая селективность распознавания.

В большинстве комплексов различают внутреннюю и внешнюю сферы. Центральный атом (ион) внутренней сферы является комплексообразователем, а координированные вокруг него молекулы (ионы) -лигандами. По заряду лигандов комплексы делят на анионные, катионные и нейтральные. В последнем случае лиганды - это нейтральные молекулы, либо молекулы и анионы вокруг комплексообразователя-катиона.

Координационная связь насыщаема и направлена. Сочетание интенсивности и характера координационной связи делает ее удобным инструментом для химически программируемой самосборки наноструктур.

27. Электростатические взаимодействия в супрасистемах

Электростатические взаимодействия возникают между ионами и/или полярными молекулами, отдельные атомы или группы атомов которых несут положительный или отрицательный заряд. В зависимости от характера распределения электронной плотности молекулы делят на полярные и неполярные. В неполярных центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. В результате парциальные заряды на отдельных атомах близки к нулю. Полярные молекулы являются диполями. Полярность возникает при связывании атомов, которые имеют различную электроотрицательность. т. е.способность удерживать электроны. Если из двух ковалентно связанных атомов один более электроотрицателен, он оттягивает на себя электронную плотность «соседа» и превращается в диполь.

Энергия взаимодействия точечных зарядов подчиняется закону Кулона и падает обратно пропорционально расстоянию между ними. В полярных средах возможна экранировка заряда в результате перераспределения и ориентации молекул окружения, приводящая к ещё более быстрому ослаблению электростатических взаимодействий с расстоянием.

28. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия в супрасистемах

Ван-дер-ваальсовы взаимодействия характерны и для полярных, и для неполярных молекул. Такие взаимодействия имеют квантовую природу. Атом, включающий положительно заряженное ядро и отрицательные электроны, является мгновенным микродиполем. Сближение молекул приводит к согласованию ориентации микродиполей, а также процессов их появления и исчезновения. В результате на расстояниях больше 2-3 А между молекулами(как полярными, так и неполярными) возникает притяжение, ослабевающее с расстоянием по закону ~. Это так называемое дисперсионное взаимодействие. На более коротких дистанциях над притяжением начинает преобладать более сильное электростатическое отталкивание ядер и электронных оболочек. Суммарное действие дисперсионного притяжения и короткодействующего отталкивания приближенно описывается различными эмпирическими потенциалами.

Кроме того, вклад в ван-дер-ваальсовы взаимодействия дают также ориентационные и индукционные взаимодействия. Ориентационные возникают между диполями полярных молекул. В случае индукционных полярная молекула «деформирует» электронную структуру неполярной, приводя к ее поляризации и усиливая собственную полярность.

Наиболее известный пример эффекта растворителя - гидрофобный эффект. Это притяжение между неполярными молекулами, проявляющееся при их попадании в воду или любой другой полярный растворитель. За такую способность неполярные вещества называют также гидрофобными (буквально «боящимися воды»).