形成氢键的必备条件中为什么Y原子的电负性表要强?

我看氢键像配位键
按:最近在复习《物质结构》章节中,讲解练习和近几年高考试题中多次出现氢键,通过对氢键的研究笔者有所发现。氢键这部分内容是在2001年高中教材改版后新加的,在即将全省推行的新课程改革的《物质的结构和性质》中又有所强化,因此我们应该关注这部分新的内容,帮助学生分析,加深理解,以达到《考试大纲》的要求。
由于氢键引起了物理化学性质的变化, 19世纪就已被大量观察到,氢键概念的提出是在 20
世纪以后。氢键(Hydrogen
Bond)是指发生在已经以共价键与其它原子键合的氢原子与另一个原子之间(X-H…Y),是一种永久偶极之间的范德华力。通常发生氢键作用的氢原子两边的原子(X、Y)都是电负性较强的原子。氢键既可以是分子间氢键,也可以是分子内的。其键能最大约为200kJ/mol,一般为5-30kJ/mol,比一般的共价键、离子键和金属键键能要小,但强于静电引力。但氢键不是化学键。
一、氢键的形成
1、氢键形成的条件
  ⑴ 与电负性很大的原子A
形成强极性键的氢原子 。
⑵ 较小半径、较大电负性、含孤对电子、带有部分负电荷的原子B (F、O、N)
典型的氢键中,X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键,但通常键能较低。碳在与数个电负性强的原子相连时也有可能产生氢键。例如在氯仿CHCl3中,碳原子直接与三个氯原子相连,氯原子周围电子云密度较大,因而氢原子周围即带有部分正电荷,碳也因此参与了氢键的形成,扮演了质子供体的角色。芳香环、碳碳叁键或双键在某些情况下都可作为电子供体,与强极性的X-H(如-O-H)形成氢键。
⑶ 表示氢键结合的通式
  氢键结合的情况如果写成通式,可用X-H…Y①表示。式中X和Y代表F,O,N等电负性大而原子半径较小的非金属原子。
X和Y可以是两种相同的元素,也可以是两种不同的元素。
2、氢键的分类
  (1)、同种分子之间
  现以HF为例说明氢键的形成。在HF分子中,由于F的电负性(4.0)很大,共用电子对强烈偏向F原子一边,而H原子核外只有一个电子,其电子云向F原子偏移的结果,使得它几乎要呈质子状态。这个半径很小、无内层电子的带部分正电荷的氢原子,使附近另一个HF分子中含有孤电子对并带部分负电荷的F原子有可能充分靠近它,从而产生静电吸引作用。这个静电吸引作用力就是所谓氢键。即F-H...F。
  (2)、不同种分子之间
不仅同种分子之间可以存在氢键,某些不同种分子之间也可能形成氢键。例如
NH3与H2O之间。所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度:1体积水中可溶解700体积氨气。
3、氢键的特点:氢键具有饱和性和方向性
  氢键不同于范德华引力,它具有饱和性和方向性。由于氢原子特别小而原子A和B比较大,所以A—H中的氢原子只能和一个B原子结合形成氢键。同时由于负离子之间的相互排斥,另一个电负性大的原子B&就难于再接近氢原子。这就是氢键的饱和性。
氢键具有方向性则是由于电偶极矩A—H与原子B的相互作用,只有当A—H---B在同一条直线上时最强,同时原子B一般含有未共用电子对,在可能范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致,这样可使原子B中负电荷分布最多的部分最接近氢原子,这样形成的氢键最稳定。
二、氢键的强度
  氢键的牢固程度——键强度也可以用键能来表示。粗略而言,氢键键能是指每拆开单位物质的量的H…Y键所需的能量。氢键的键能一般在42kJ·mol-1以下,比共价键的键能小得多,而与分子间力更为接近些。例如,
水分子中共价键与氢键的键能是不同的。
而且,氢键的形成和破坏所需的活化能也小,加之其形成的空间条件较易出现,所以在物质不断运动情况下,氢键可以不断形成和断裂。
氢键键能大多在25-40kJ/mol之间。一般认为键能&25kJ/mol的氢键属于较弱氢键,键能在25-40kJ/mol的属于中等强度氢键,而键能&40kJ/mol的氢键则是较强氢键。曾经有一度认为最强的氢键是[HF2]&中的FH…F&键,计算出的键能大约为169kJ/mol。而事实上,用相同方法计算甲酸和氟离子间的[HCO2H…F&]氢键键能,结果要比HF2&的高出大约30kJ/mol。
常见氢键的气态解离能数据,单位为kJ/mol
MeOH…OHMe
HCONH2…OCHNH2
HCOOH…OCHOH
H2OH+…OH2
常见氢键的平均键能数据为:
F—H …&:F (155
kJ/mol 或 40 kcal/mol)
O—H …&:N (29
kJ/mol 或 6.9 kcal/mol)
O—H …&:O (21
kJ/mol 或 5.0 kcal/mol)
N—H …&:N (13
kJ/mol 或 3.1 kcal/mol)
N—H …&:O (8
kJ/mol 或 1.9 kcal/mol)
…&:OH3+ (18 kJ/mol或 4.3
kcal/mol)
三、氢键形成对物质性质的影响
  氢键通常是物质在液态时形成的,但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的,如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物。氢键的存在,影响到物质的某些性质。
  1、熔点、沸点
分子间有氢键的物质熔化或气化时,除了要克服纯粹的分子间力外,还必须提高温度,额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键,所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。分子内生成氢键,熔、沸点常降低。例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点(45℃)比有分子间氢键的间位熔点(96℃)和对位熔点(114℃)都低。
与同族的化合物相比,NH3、H2O和HF具有反常高的熔点和沸点。
为什么HF分子间氢键比H2O分子间氢键强,而HF的沸点却比H2O的低?
由于氟原子半径比氧原子小,电负性大于氧,所以HF分子间的F-H…F氢键比H2O分子间的O—H…O氢键要强得多,前者键能为28KJ/mol,后者18.8KJ/mol。即使在气态时,HF分子间的氢键尚未完全破坏,还有许多是以缔合分子(HF)2存在;而水分子在水蒸气中氢键已不能起很大作用,即大部分以单个分子存在,仅有约3.5%的双分子水(H2O)2存在。但是,水的沸点却比氟化氢的高。这是因为一个水分子可以形成两个氢键,而每个氟化氢分子只能形成一个氢键,因而要使氢键完全断裂成为气体分子所需要的总能量就比使HF分子间氢键断裂所需的要多,再加上液态氟化氢气化时氢键还有不完全断裂的因素,所以水气化时所需要能量要多,因而温度要高。
  2、溶解度
物质的溶解性一般遵循“相似相溶”的规则,从结构的角度来看,常用的极性溶剂—水,其分子之间存在较强的氢键,水分子即可提供H生成氢键,又有孤对电子接受H形成氢键,故溶质分子,凡能接受H或提供H形成氢键则与水相似,在水中溶解度增大。例如苯仅仅稍溶于水,而吡啶完全与水混合,这是因为吡啶与水相似,可以与H2O形成分子间氢键,故溶解度较大。ROH、RCOOH、RCONH2等同样可以与水形成氢键,所以在水中溶解度较大。
在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键,则溶质的溶解度增大,如HF、NH3易溶于水,而CH4
却难溶于水,如果溶质分子形成分子内氢键,则在极性溶剂中的溶解度减小,而在非极性溶剂中溶解度增大,如
20℃时,邻位与对位硝基苯在水中溶解度之比为 0.39:1,而在苯中的溶解度之比为1.93:1。
很多盐溶液中如果加入乙醇,会有晶体结晶析出,即醇析。其原因就是水分子与乙醇分子形成分子间氢键,导致了晶体中阴、阳离子水合的分子减少而结晶析出。
  3、粘度
分子间有氢键的液体,一般粘度较大。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物,由于分子间可形成众多的氢键,这些物质通常为粘稠状液体。
  4、密度
液体分子间若形成氢键,有可能发生缔合现象,例如液态HF,在通常条件下,除了正常简HF分子外,还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n。
。其中n可以是2,3,4…。这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象,称为分子缔合。分子缔合的结果会影响液体的密度。
冰中水分子在冰晶体结构中空间占有率较低,因而冰密度较小,甚至小于水。冰中每个H2O水分子都按四面体方向参与形成4个O-H…O氢键,每摩尔冰中只有2N0个氢键。冰的熔化热为5.0kJ/mol,而冰中氢键键能为18.8kJ/mol,因此刚熔化的水中仍有大量的氢键。在4°C时,水氢键断裂(密度增大)和受热分子间距增大(密度减小)的趋势相等,因此4°C时水密度最大。这个温度对于水中生物至关重要,它保证了冬季时水中生物不至于因为水结冰而死亡。
5、对化学反应性能的影响
对于一些反应,氢键的形成可以使反应速度加快,如乙酸乙酯与水气在 200℃下水解,即使维持150 小时,其最高水解率也仅有
0.05%,但水解若在中性水溶液中进行,由于酯与水先生成氢键而缔合,既而再分解为醇和酸,从而加快了水解速度,使水解容易进行,而在气态时不易形成氢键缔合体。
分子内氢键的形成还可以影响化合物酸性的强弱。
除此之外,氢键的存在还可以改变一些物质的结构,对物质构型是有影响的,还可以影响构象的稳定性,可以导致在某些互变异构平衡中大量的烯醇式结构的存在。如结晶水合物中存在由氢键构建的类冰骨架,其中可装入小分子或离子。参见甲烷气水包合物。
C=O…H-N氢键使蛋白质形成α螺旋。
DNA中两条链的碱基通过氢键配对,而氢键的饱和性和方向性使得双螺旋的碱基配对具有专一性,即A-T靠2个氢键配对而C-G靠3个氢键配对,见下图:
四、对氢键的理解
:氢键就是配位键的前身,氢键所具有的方向性和饱和性都与共价键高度相似
氢键的本质: 强极性键(A-H)上的氢核,
与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电引力。其实氢键极与共价健中的配位键倒有几分神似。
配位键,又称配位共价键,是一种特殊的共价键。当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应时,就称配位键。配位键形成后,就与一般共价键无异。成键的两原子间共享的两个电子不是由两原子各提供一个,而是来自一个原子。
区别:前者属于分子与分子间一种力的形式,后者是化学键。
相似:氢键通过静电引力形成氢键,但尚未成键,若发生电离,就形成了配位键。由电负性强、含孤电子对的原子提供含孤电子对,而另一个分子的氢原子在强的电负性原子的吸引下,类似于失去电子,形成氢核从而提供空轨道,由此形成配位键。可以说,氢键在电离前就是配位键的前身。
如氨分子与水分子形成的氢键可表示为
究竟哪一种正确?
从理论上分析:若形成的氢键越强,则体系能量越低,物质越稳定。由于氧原子半径比氮原子小,氧元素电负性比氮元素大,所以H-O键中,共用电子对偏向于氧原子的程度与N-H键中共同电子对偏向氮原子的程度比较,H-O键程度大,所以H-O键中的氢原子更接近于“裸露的质子”。对于孤电子对的电子云,有更强的吸引力,所以NH3分子中N原子的一对孤电子对比H2O分子中O原子的孤电子对更易允许几乎裸露的质子“钻入”电子云。所以,N…H-O氢键比N-H…O氢键更为牢固,因而(Ⅱ)正确。
从实验事实上分析:水溶液中在水分子的作用下,使极性共价键转化为离子键,氢原子完全转化为氢离子,从而使形成氢键的孤对电子完全进入H+离子的空轨道,成为配位键。这样,根据两种结构式就会发生如下两种可能的转化:
(Ⅰ)
溶液显碱性。
(Ⅱ)
溶液显酸性。
实验事实证明,氨水是呈碱性的,即按(Ⅰ)转化。
从理论和实验事实两方面分析都得出一个共同结论,即氨分子与水分子间形成的氢键,表示为:
从氢键的饱和性和方向性来看,氢键已经具备共价键的特征。综上所述,氢键已经非常神似配位键了。
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为什么只有N.O.F上连有氢时才会与别的氢形成氢键?
氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F,O,N)以共价键形成强极性键H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子Y,形成具有X-H…Y形式的物质.这时氢原子与y 原子之间的定向吸引力叫做氢键(以H…Y表示).氢键的本质一般认为主要是静电作用.在X-H…Y中,X-H是强极性共价键,由于X的电负性很大,吸引电子能力强,使氢原子变成一个几乎没有电子云的“裸露”的质子而带部分正电荷.它的半径特别小,电场强度很大,又无内层电子,可以允许另一个带有部分负电荷的Y原子(即电负性大,半径小且有孤对电子的原子)充分接近它,从而产生强烈的静电相互作用而形成氢键.一般分子形成氢键必须具备两个基本条件:1.分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子.2.分子中必须有带孤对电子,电负性大,原子半径小的元素.氢键常在同类分子或不同类分子之间形成,叫做分子间氢键,如氟化氢、氨水:二、氢键的键长和键能 氢键的键长是指X-H…Y中X与Y原子的核间距离.在HF缔合而成的(HF)n缔合分子中,氢键的键长为255pm,而共价键(F-H间)键长为92pm.由此可得出,H…F间的距离为163pm(255-92).可见氢原子与另一个HF分子中的F原子相距是较远的.氢键的键能是指被破坏H…Y键所需要的能量.氢键的键能约为15-30kJ·mol-1,比一般化学键的键能小得多,和范德华力的数量级相同.氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关.电负性越大,氢键的强弱还和Y的半径大小有关,y 的半径越小,越能接近H-X键,形成的氢键也越强.例如F的电负性最大,半径又小,所以F-H…F是最强的氢键,O-H…O次之,O-H…N又次之,N-H…N更次之.三、氢键的饱和性和方向性 氢键具有饱和性和方向性.氢键的饱和性表现在X-H只能和一个Y原子相对合.因为H原子体积小,X、Y都比氢大,所以当有另一个Y原子接近他们时,这个Y原子受到X-H…Y上X和Y的排斥力大于受到H原子的吸引力,使得X-H…Y上的氢原子不能再和第二个Y原子结合,这就是氢键的饱和性.氢键的方向性是指Y原子与X-H形成氢键时,在尽可能的范围内要使氢键的方向与X-H键轴在同一个方向,即以H原子为中心三个原子尽可能在一条直线上.氢原子尽量与Y原子的孤对电子方向一致,这样引力较大;三个原子尽可能在一条直线上,可使X与Y的距离最远,斥力最小,形成的氢键强.四、氢键对物质性质的影响.(一)对沸点和熔点的影响 在同类化合物中,能形成分子间氢键的物质,其熔点、沸点要比不能形成分子间氢键的物质的熔点、沸点高些.因为要使固体熔化或液体汽化,不仅要破坏分子间的范德华力,还必须提供额外的能量破坏氢键.H2O,HF,NH3的熔点和沸点比同族同类化合物为高(见表4-3),因为它们都可形成分子间氢键.表4-3 H2O,HF,NH3及其同族同类化合物的熔、沸点 化合物 mp/℃ bp/℃ 化合物 mp/℃ bp/℃ 化合物 mp/℃ bp/℃ H2O 0 100 HF -80.3 19.5 NH3 -77.7 -33.4 H2S -85.6 -60.7 HCL -112 -84 PH3 -133.5 -87.4 H2Se -64 -42 HBr -88 -67.0 AsH3 -116 -62 H2Te -48 -1.8 HI -50.9 -35.4 SbH3 -88 -17 (二)对溶解度的影响 在极性溶剂中,如果溶质分子和溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大.例如,苯胺和苯酚在水中的溶解度比在硝基苯中的溶解度要大.因此水分子内是不存在氢键的,氢键是在水分子之间,连接若干个水分子的.水分子内两个氢并不相连,其中一个与氧共价相连后再与另外一个氢共价相连.
因为这几个的电负性较强。也就是这几个对电子的吸引能力强。
注意我的问题!
连氢时!氢的最外层只有一个电子,他是一个电子和一个质子的组合体,一旦被吸引电子能力强的原子所吸引,电子会大幅度偏向那个原子,这样,氢原子核的另一边,也就数背对那个原子的那一面,会把原子核给裸露出来,这样,此时的氢原子的电负性减弱,吸引电子的能力很强,(正电荷吸引电子的能力不强吗),于是,氢原子核就与另一个分子的氮原子相吸引,这样就形成了氢键。
如果连别的原子,被氮原子吸引一...第三节 氢键(氢键|电负性|氢原子)
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[第三节 氢键(氢键|电负性|氢原子)]《医用化学》 > 第四章 原子结构和分子结构第三节 氢键一、氢键的本质
氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F,O,N)以共价键形成强极性键H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子Y,形成具有X-H…Y形式的物质。这时氢原子与y 原子之间的定向吸引力叫做氢键(以H…Y表示)。氢键的本…… [关键词:氢键 电负性 氢原子 化合物 熔点 分子间氢键 溶解度]…
《医用化学》 > 第四章 原子结构和分子结构第三节 氢键
一、氢键的本质
氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F,O,N)以共价键形成强极性键H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子Y,形成具有X-H…Y形式的物质。这时氢原子与y 原子之间的定向吸引力叫做氢键(以H…Y表示)。氢键的本质一般认为主要是静电作用。在X-H…Y中,X-H是强极性共价键,由于X的电负性很大,吸引电子能力强,使氢原子变成一个几乎没有电子云的“裸露”的质子而带部分正电荷。它的半径特别小,电场强度很大,又无内层电子,可以允许另一个带有部分负电荷的Y原子(即电负性大,半径小且有孤对电子的原子)充分接近它,从而产生强烈的静电相互作用而形成氢键。一般分子形成氢键必须具备两个基本条件:1.分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子。2.分子中必须有带孤对电子,电负性大,原子半径小的元素。氢键常在同类分子或不同类分子之间形成,叫做分子间氢键,如氟化氢、氨水:
二、氢键的键长和键能
氢键的键长是指X-H…Y中X与Y原子的核间距离。在HF缔合而成的(HF)n缔合分子中,氢键的键长为255pm,而共价键(F-H间)键长为92pm。由此可得出,H…F间的距离为163pm(255-92)。可见氢原子与另一个HF分子中的F原子相距是较远的。氢键的键能是指被破坏H…Y键所需要的能量。氢键的键能约为15-30kJ·mol-1,比一般化学键的键能小得多,和范德华力的数量级相同。氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关。电负性越大,氢键的强弱还和Y的半径大小有关,y 的半径越小,越能接近H-X键,形成的氢键也越强。例如F的电负性最大,半径又小,所以F-H…F是最强的氢键,O-H…O次之,O-H…N又次之,N-H…N更次之。
三、氢键的饱和性和方向性
氢键具有饱和性和方向性。氢键的饱和性表现在X-H只能和一个Y原子相对合。因为H原子体积小,X、Y都比氢大,所以当有另一个Y原子接近他们时,这个Y原子受到X-H…Y上X和Y的排斥力大于受到H原子的吸引力,使得X-H…Y上的氢原子不能再和第二个Y原子结合,这就是氢键的饱和性。氢键的方向性是指Y原子与X-H形成氢键时,在尽可能的范围内要使氢键的方向与X-H键轴在同一个方向,即以H原子为中心三个原子尽可能在一条直线上。氢原子尽量与Y原子的孤对电子方向一致,这样引力较大;三个原子尽可能在一条直线上,可使X与Y的距离最远,斥力最小,形成的氢键强。
四、氢键对物质性质的影响。
(一)对沸点和熔点的影响在同类化合物中,能形成分子间氢键的物质,其熔点、沸点要比不能形成分子间氢键的物质的熔点、沸点高些。因为要使固体熔化或液体汽化,不仅要破坏分子间的范德华力,还必须提供额外的能量破坏氢键。H2O,HF,NH3的熔点和沸点比同族同类化合物为高(见表4-3),因为它们都可形成分子间氢键。表4-3 H2O,HF,NH3及其同族同类化合物的熔、沸点化合物mp/℃bp/℃化合物mp/℃bp/℃化合物mp/℃bp/℃H2O0100HF-80.319.5NH3-77.7-33.4H2S-85.6-60.7HCL-112-84PH3-133.5-87.4H2Se-64-42HBr-88-67.0AsH3-116-62H2Te-48-1。8HI-50。9-35.4SbH3-88-17(二)对溶解度的影响在极性溶剂中,如果溶质分子和溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大。例如,苯胺和苯酚在水中的溶解度比在硝基苯中的溶解度要大。
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氢键的形成、特点及对物质性质的影响
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氢键的形成、特点及对物质性质的影响
作者:佚名&&&&文章来源:本站原创&&&&点击数:6472&&&&更新时间:&&&&
&&&&&&& 氢键是一种存在于分子之间也存在分子内部的作用力,它比化学键弱,又比范德华尔力强。&&&&&&& 1、的形成&&&&&&& 在HF分子中,H和F原子以共价键结合,但因F原子的电负性大,电子云强烈偏向F原子一方,结果使H原子一端显正电性。由于H原子半径很小,又只有一个电子,当电子强烈地偏向F原子后,H原子几乎成为一个“裸露”的质子,因此正电荷密度很高,可以和相邻的HF分子中的F原子产生静电吸引作用,形成。氟化氢的氢键表示为F-H……F(图7-30)
&&&&&&& 不仅同种分子间可形成氢键,不同种分子间也可以形成氢键,NH3和H2O间的氢键如下:
&&&&&&& 氢键通常用表示X-H……Y,X和Y代表F、O、N等电负性大,半径较小的原子。
除了分子间的氢键外,某些物质的分子也可以形成分子内氢键如:邻硝基苯酚、NaHCO3晶体等。(见图7-31)
&&&&&&& 总之,分子欲形成氢键必须具备两个基本条件,其一是分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子。其二是分子中必须有带孤电子对,电负性大,而且原子半径小的元素。
&&&&&&& 2、氢键的特点:
&&&&&&& (1)氢键具有方向性。它是指Y原子与X-Y形成氢键时,尽可能使氢键的方向与X-H键轴在同一条直线上,这样可使X与Y的距离最远,两原子电子云间的斥力最小,因此形成的氢键愈强,体系愈稳定。
&&&&&&& (2)氢键具有饱和性。它是指每一个X-H只能与一个Y原子形成氢键。这是因为氢原子的半径比X和Y的原子半径小很多,当X-H与一个Y原子形成氢键X-H……Y之后,如有另一个极性分子Y原子接近时,则这个原子受到X、Y强烈排斥,其排斥力比受正电荷的H的吸引力大,故这个H原子未能形成第二个氢键。
&&&&&&& 3、氢键的键长和键能
&&&&&&& 氢键不同于化学键,其键能小,键长较长。氢键的键能主要与X、Y的电负性有关,还与存在于不同化合物有关。一般,电负性越大,氢键越强;氢键的键能还与Y的原子半径有关,半径越小,键能越大。如F-H……F为最强的氢键,O-H……O,O-H……N,N-H……N的强度依次减弱,Cl的电负性与N相同,但半径比N大,只能形成很弱的氢键O-H……Cl、Br、I不能形成氢键。
&&&&&&& 4、氢键对物质性质的影响&&&&&&& 氢键广泛存在,如水、醇、酚、酸、羧酸、氨、胺。氨基酸、蛋白质、碳水化合物等许多化合物都存在氢键。氢键对物质的影响也是多方面的。
&&&&&&& (1)对物质熔、沸点的影响。分子间形成氢键使物质的熔沸点升高。如图7-32这是由于要使液体气化或使固体液化都需要能量去破坏分子间氢键的缘故。
&&&&&&& 凡是与熔、沸点有关的性质如熔化热、汽化热、蒸气压等的变化情况都与上面讨论的情况相似。
&&&&&&& 分子内形成氢键,常使其熔、沸点低于同类化合物的熔、沸点。
&&&&&&& (2)对水和冰密度的影响。水除了熔、沸点显著高于同族外,还有另一个反常现象,就是它在4℃ 时密度最大。这是因为在4 ℃以上时,分子的热运动是主要的,使水的体积膨胀,密度减小;在4℃ 以下时,分子间的热运动降低,形成氢键的倾向增加,形成分子间氢键越多,分子间的空隙越大。当水结成冰时,全部水分子都以氢键连接,形成空旷的结构。见图7-23
&&& 在冰中每个H原子都参与形成氢键,结果使水分子按四面体分布,每个氧原子周围都有四个氢。这样的结构空旷3,密度也降低3。
(3)对物质溶解度的影响。在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键,则溶质的溶解度增大。如HF、NH3极易溶于水。如果溶质分子形成分子内氢键,在极性溶剂中溶解度减小,而在非极性溶剂中溶解度增大。
(4)对蛋白质构型的影响。在多肽链中由于>C=O和>N-H 可形成大量的氢键(N-H……O),使蛋白质分子按螺旋方式卷曲成立体构型,称为蛋白质的二级结构(见图7-34)。可见氢键对蛋白质维持一定空间构型起着重要作用。
(5)对物质酸性的影响。分子内形成氢键,往往使酸性增强。如:苯甲酸Ka=6.2×10-12;若在邻位上代有羟基,得邻羟基苯甲酸的Ka=9.9×10-11,如在羧基左右两边都代上羟基,得到的2,6-二羟基苯甲酸的Ka=5×10-9,这是由于羧基(-OH)上的氢与羧基(-COOH)上的氧形成了分子内氢键,从而促进了氢的解离。
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