氢键形成的条件:(1)与电负性大的原子A形成强极性键的氢原子(2)半径小、电负性大、孤电子对、带部分负电荷的原子B (F,o,n)。

氢键形成的条件

(1)与电负性大的原子A形成强极性键的氢原子。

半径较小、电负性较大、孤电子对、带部分负电荷的原子B (F,O,N)

氢键的本质:强极性键(A-H)上的氢核与电负性大、孤电子对、带部分负电荷的原子B之间的静电引力。}

(3)氢键的通式

如果写出氢键的通式,可以用X-H … Y 表示。其中x和y代表电负性大、原子半径小的非金属原子,如f、o、n等。

x和y可以是两个相同的元素或两个不同的元素。

(4)理解氢键

虽然氢键的存在非常普遍,对它的研究也逐渐深入,但人们对氢键的定义仍然有两种不同的理解。

第一个称X-H … Y氢键的整个结构,所以氢键的键长是指X和Y之间的距离,比如F-H … F的键长是255pm。

第二个叫H…Y氢键,这样H…F之间的距离就是163pm,这就是氢键的键长。在选择氢键长度的数据时,我们应该注意这种差异。

但是对氢键能量的理解是一样的,是指将X-H … Y-H分解成HX和HY所需要的能量。

2.氢键强度

氢键——键强度的牢固程度也可以用键能来表示。粗略地说,氢键的能量是指每单位物质断裂H…Y键所需的能量。氢键的键能一般在42kjmol-1以下,比共价键的键能小很多,但更接近分子间力。比如水分子中共价键和氢键的键能不同。

而且氢键的形成和破坏所需的活化能也较小,其形成的空间条件也容易出现,所以在物质不断运动的情况下,氢键可以不断地形成和破坏。

3.分子内氢键

有些分子,如HNO3、邻硝基苯酚,可以形成分子内氢键。由于环状结构的限制,分子内氢键X-H … Y可以不要总是在同一条直线上。如图所示

4.氢键的形成对材料性能的影响

氢键通常在物质为液态时形成,但有时形成后也能继续存在于一些结晶甚至气态的物质中。例如,氢键存在于气态、液态和固态HF中。有许多物质可以形成氢键,如水、水合物、氨化合物、无机酸和一些有机化合物。氢键的存在影响物质的某些性质。

(1)熔点和沸点

具有分子间氢键的物质在熔化或气化时,除了要克服纯粹的分子间作用力外,还需要提高温度,供给额外的能量来破坏分子间氢键,所以这些物质的熔点和沸点都高于同系列的氢化物。分子中形成氢键,熔点和沸点往往降低。如分子内有氢键的邻硝基苯酚的熔点(45)低于分子间有氢键的间熔点(96)和对位熔点(114)。

(2)溶解性

在极性溶剂中,如果溶质分子和溶剂分子之间能形成氢键,溶质的溶解度就会增加。而且HF和HN3在水中的溶解度比较大,这就是原因。

(3)粘度

分子间有氢键的液体一般粘度高。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物。由于分子间存在大量氢键,通常是粘性液体。

(4)密度

如果分子之间形成氢键,就可能出现缔合现象,比如液态HF。在正常情况下,除了正常和简单的HF分子外,还有通过氢键连接在一起的复杂分子(HF)n。氟化烃

其中n可以是2,3,4…几个简单的分子结合成复合体的现象

在室温液态水中,除了简单的H2O分子外,还有(H2O)2、(H2O)3、…、(H2O)n等缔合分子。降低温度有利于水分子的结合。当温度降至0时,所有水分子形成一个巨大的缔合化合物3354冰。

氢键的形成对材料性能的影响

分子间氢键增加了物质的熔点、沸点和溶解度;分子内氢键对物质的作用则相反。