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,又比范德华力强。
不是含有氢元素的分子都存在氢键
1、氢键的形成
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,一OH为什么有9个电子,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,形成氢键。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。
羟基是水分子失去一个氢原子得到的电中性的物质 水是10电子,失去一个氢是
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)
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
h有一个电子,氧有8个电子,羟基是中性的,有1+8=9个电子 注意区别的是氢氧根,氢氧根是-1价,多一个电子,为10个电子
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。
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4、氢键对物质性质的影响
羟基表示为-OH,-表示一个单电子,O有八个电子,H为一个,加起来为9个。你肯定和氢氧根混淆了,OH-,这个-表示得到一个电子,是离子,而羟基是没有得到电子的,为自由基。
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。
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。
羟基-OH,其中氧与氢共用一对,自由基就是带上一个电子,也是半键,所以氧氢基团周围共有九个电子,自由基没有不带电子的,否则就不叫自由基了
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。
用水龙来吸收泄漏的氨气
(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。