Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ПОЛЯРНЫМИ 11 НЕПОЛЯРНЫМИ МОЛЕКУЛАМИ
В основе всех типов слабых взаимодействий лежит притяжение между электрическими зарядами. Разделение электрических зарядов может быть постоянным или временным в зависимости от природы взаимодействующих атомов. Так, например, в молекуле кислорода (О О) электроны распределены симметрично и атомы не несут заряда. В противоположность этому в молекуле воды (Н : О : Н) заряд поляризован, так как спаренные электроны распределены неравномерно (рис- 4-3). Они
более прочно связаны с атомом кислорода, который поэтому песет значи тельный отрицательный заряд; уравновешивающий его положительный заряд песут совместно два атома водорода- Центры этих зарядов удалены друг от друга н создают дипольиып момент молекулы Вследствие неравномерною обобществления электронов сродство связанных атомов к электронам оказывается различным. Атомы, проявляющие тенденцию притягивать электроны, называются электроотрицательными, а атомы, легко отдающие электроны,— электроположительными
Молекулы, подобные HsO, у которых имеется динолышй момент, получили название полярных молекул Неполярные молекулы, не имеют эффективного дипольного момента. В молекуле метана (СН4), например, атомы водорода и у!лерод имеют одинаковое сродство к валентным электронным парам, и поэтому пи атом углерода, ни атомы водорода не иесут существенного заряда
На распределение заряда в молекуле (особенно если это полярная молекула) может влиять соседство других молекул. Под влиянием соседней молекулы неполярная молекула может оказаться слегка поляризованной Даже соседство другой неполярной молекулы будет изменять непо-лнрную молекулу, индуцируя флуктуации в распределении заряда. Такие индукционные эффекты вызывают, однако, не столь сильное разделение зарядов, как в ноляриых молекулах, что в конечном счете ведет к более слабым химическим взаимодействиям.
ВАНДЕРБАЛЛЬСОВЫ СИЛЫ
При значительном сближении двух атомов между ними возникает песие-цифическое притнжение, ьоюрос называют ванде рваальсовым взаимодействием. Оно основано не на постоянном разделении зарядов, а на инду цировавпой флуктуации зарядов, возникающей в результате сближения молекул. Следовательно, такая связь может возникать меж да всеми тинами молекул, как полярными, так и неполярными. Сила взаимодействия этого типа обратно пропорциональна шестой степени расстояния между взаимодействующими группами (рис. 4-4).
При еще меньших расстояникх начинают играть роль более значительные вапдерваальсовы силы отталкивания. Это отталкивапие обусловлено взаимопроникновением электронных оболочек соприкасающихся атомов. На определенном расстоянии, характерном для каждого атома, вандерваальсовы. силы притяжения и отталкивания уравновешиваются. Это расстояние называется вандсрваальсовым радиусом атома (рнс. 4-5) Ниже приведены вандерваальсовы радиусы некоторых атомов.
Вандерваальсов радиус, А
Н 1,2
Л 1,5
О 1,4
Р 1,9
S 1 8о
CHs-i руппа 2,0
Полу толщина аромата- 1,7
ческой молекулы
Когда расстояние между двумя атомами равно сумме их вандервааль-совых радиусов, величина энергии связи возрастает пропорционально размеру взаимодействующих атомов. В среднем она не превышает
1 ккал/моль, что лишь ненамного больше кинетической энергии теплового движеняя при комнатной температуре (0,6 ккал/моль)-
1’ис. 4-4 Схема, иллюстрирующая вандер-ваальсовьт силм протяжения п отталкивания между одноатомиими молекулами ипертпого благородного 1аза (аргона) и зависимости от расположении впешннх электронов (Pauling, General Chemistry, 2nd cd, Freeman San Francisco, 1958, p. 322).
А. Слабое вандерваальсово притяжение. Б. Очень сильное ваидерваальсово притяжение. Л Ваидерваальсово прптяжопно, уравновешенное силамп отталкивания, возникшими в результате взаимопроникновения внешних электронных слоев.
Глицин
Рис 4-5. Схематическое изображение некоторых молекул
Контурной линией обозначены ваидервааш-совы радиусы атомов
Из сказанного следует, что вапдирваальсовы силы притяжении эффективны при физиологических температурах только в тех случаях, когда много атомов одной молекулы одновременно взаимодействует со многими атомами другой молекулы. Лишь при этом условии энергия взаимодействия больше, чем тенденция к диссоциации, обусловленная беспо-
Рис 4-8 Расположение молекул в плоскости кристалла, образованного аминокислотой глицином (Pauling- The Nature of the Chemical Bond, 3rd ed-, Cornell Univ. Press, Ithaca, К Y., 1060, p, 262).
