БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ВО) Страница 27

  К образованию В. с. способны группы А — Н, где А — атомы О, N, F, Cl, Вr и в меньшей мере С и S. В качестве второго, электродонорного центра В могут выступать те же атомы О, N, S разнообразных функциональных групп, анионы F- , С1- и др., в меньшей мере ароматические кольца и кратные связи. Если А — Н и В принадлежат отдельным (разнородным или идентичным) молекулам, то В. с. называют межмолекулярной, а если они находятся в разных частях одной молекулы, — внутримолекулярной.

  От общих для всех веществ ван-дер-ваальсовых сил взаимного притяжения молекул В. с. отличается направленностью и насыщаемостью, т. е. качествами обычных (валентных) химических связей. В. с. не сводится, как ранее считали, к электростатическому притяжению полярных групп А — Н и В, а рассматривается как донорно-акцепторная химическая связь. По своим энергиям, обычно 3—8 ккал/моль , В. с. занимает промежуточное положение между ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями (доли ккал/моль ) и типичными химическими связями (десятки ккал/моль ) (1 ккал = 4,19·103 ·дж ).

  Наиболее распространены межмолекулярные В. с. Они приводят к ассоциации одинаковых или разнородных молекул в разнообразные агрегаты-комплексы с В. с., или Н-комплексы, которые при обычных условиях находятся в быстро устанавливающемся равновесии. При этом возникают как бинарные комплексы (кислота — основание и циклические димеры), так и большие образования (цепи, кольца, спирали, плоские и пространственные сетки связанных молекул). Наличием таких В. с. обусловлены свойства различных растворов и жидкостей (в первую очередь, воды и водных растворов, ряда технических полимеров — капрона, нейлона и т.д.), а также кристаллическая структура многих молекулярных кристаллов и кристаллогидратов неорганических соединений, в том числе, разумеется, и льда . Точно так же В. с. существенно определяет структуру белков , нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений и поэтому играет важнейшую роль в химии всех жизненных процессов. Вследствие всеобщей распространённости В. с. её роль существенна и во многих других областях химии и технологии (процессы перегонки, экстракции, адсорбции, хроматографии, кислотно-основные равновесия, катализ и т.д.).

  Образование В. с., специфически изменяя свойства групп А — Н и В, отражается и на молекулярных свойствах; это обнаруживается, в частности, по колебательным спектрам и спектрам протонного магнитного резонанса. Поэтому спектроскопия, особенно инфракрасная, является важнейшим методом изучения В. с. и зависящих от неё процессов.

  Лит.: Пиментел Дж., Мак-Клеллан О., Водородная связь, пер. с англ., М., 1964; Водородная связь. Сб. ст., М., 1964; Pauling L., The chemical bond, N. Y., 1967.

  А. В. Иогансен.

Водородные бактерии

Водоро'дные бакте'рии, бактерии , окисляющие водород и использующие образующуюся при этом энергию для усвоения углерода (см. Хемосинтез ). Окисление протекает по следующей схеме: 2H2 + O2 = 2H2 O + 138 кал . Все В. б. — аэробы , т. е. развиваются только в присутствии кислорода. В связи со способностью В. б. синтезировать органическое вещество из углекислого газа они хорошо развиваются на минеральных средах, но могут расти и на мясо-пептонном агаре и других питательных средах; поэтому В. б. относят к миксотрофным организмам . Способность окислять водород встречается у представителей различных систематических групп бактерий. Наиболее изучена Hydrogenomonas eutropha — широко распространённая в почве мелкая неспороносная подвижная, с полярным жгутиком палочка, образующая гладкие блестящие колонии жёлтого цвета. Окисляя водород, В. б. потребляют меньше кислорода, чем выделяется при электролизе воды. Поэтому аппараты, в которых выращиваются В. б., предложены для регенерации воздуха в кабине космонавтов. В. б. могут одновременно служить источником для получения белка.

  А. А. Имшенецкий.

Водородный показатель

Водоро'дный показа'тель , pH, отрицательный десятичный логарифм концентрации (точнее, активности) ионов водорода (в г-ион/л ) в данном растворе:

  В. п. служит количественной характеристикой кислотности растворов, которая оказывает существенное влияние на направление и скорость многих химических и биохимических процессов. При обычных температурах (точнее, при 22 °С) pH = 7 для нейтральных, pH < 7 для кислых и pH > 7 для щелочных растворов. Точное измерение и регулирование pH необходимо как при лабораторных химических и биохимических исследованиях, так и в многочисленных промышленных технологических процессах, а также при оценке свойств почвы и проведении мероприятий по повышению её плодородия.

  Вода диссоциирует на ионы по уравнению

  По действующих масс закону :

где с   — молярные концентрации, а К — постоянная при данной температуре величина (1,8·10-16 г-ион/л при 22 °С). В 1 л воды содержится

(количество диссоциировавших молекул настолько мало, что его можно не учитывать). Поэтому

Константу К В называют ионным произведением воды. Поскольку в чистой воде (и в любой нейтральной среде)

то

При добавлении к воде кислот c H + возрастает, а pH соответственно уменьшается. Так, для 0,01 молярного (М) раствора HCl концентрация c H + = 10-2 и pH = —lgc H + = 2. Наоборот, при добавлении щелочей возрастает c OH - ; тогда

уменьшается и соответственно возрастает pH.

Например, в 0,01 М растворе NaOHc OH - = 10-2 . Это значит, что

и pH = 12.

Для точных определений pH используют преимущественно методы потенциометрии (см. Электрохимические методы анализа ). При определениях, не требующих высокой точности, pH измеряют б. ч. с помощью набора индикаторов, меняющих свою окраску каждый при определённом pH. Шкала pH обычно используется для растворов, имеющих концентрации ионов водорода от 1 г-ион/л и меньше.

  Нейтральным водным растворам отвечает pH = 7 лишь при комнатных температурах. При повышении температуры диссоциация воды усиливается, K B возрастает, и при 100 °С чистая вода имеет pH » 6. При температурах ниже 22 °С в чистой воде pH > 7. При этом во всех случаях в нейтральной среде c H + = c OH - .

  Лит.: Киреев В. А., Краткий курс физической химии, 4 изд., М., 1969.

  В. Л. Василевский.

Водородный термометр

Водоро'дный термо'метр, см. Газовый термометр .

Водородный электрод

Водоро'дный электро'д, платиновая пластинка, электролитически покрытая платиновой чернью, погружённая в раствор кислоты с определённой концентрацией ионов водорода Н+ и омываемая током газообразного водорода. Потенциал В. э. возникает за счёт обратимо протекающей реакции

Между водородом, адсорбированным платиновой чернью, и ионами водорода в растворе устанавливается равновесие. Потенциал электрода Е определяется уравнением Нернста:

где Т — абсолютная температура (К), а Н + — активная концентрация ионов водорода (г-ион/л ), р — давление водорода [кгс/см2 (атм )], Е° — нормальный (или стандартный) потенциал В. э. при р = 1 кгс/см2 (1 атм ) и a H + = 1. При любой заданной температуре Е° условно принято считать равным нулю. От потенциала стандартного В. э. отсчитывают потенциалы всех других электродов (так называемая водородная шкала потенциалов). При работе с В. э. необходима тщательная очистка водорода от примесей. Особенно опасны соединения серы и мышьяка, а также кислород, реагирующий с водородом на поверхности платины с образованием воды, что приводит к нарушению равновесия

В. э. применяют как электрод сравнения .

Рисунок к ст. Водородный электрод.

Водородоподобные атомы

Водородоподо'бные а'томы, атомы, состоящие, подобно атому водорода, из ядра и одного электрона. Такими являются ионизованные атомы, потерявшие все электроны, кроме одного, например Не+ , Li2+ , В3+ и т.д. В. а. обладают сходными с водородом оптическими свойствами (см. Атом ). В физике полупроводников В. а. называют примесные атомы, у которых валентность на 1 больше или меньше, чем у основных атомов.