氢键

时间:2024-03-02 10:38:03编辑:分享君

氢键如何形成的?

氢键是关于分子间的微弱作用力的,在质子部分远离电子时容易形成。
氢原子的半径较小,一旦带部分正电荷,电荷密度很大,这就增加了其与富电子基团的相互作用。氢键的形成,应该理解为质子的给体、受体之间的相互作用,不应局限在某元素上,实际上,氢键的种类还是十分丰富的:
1、常规氢键
H原子与电负性较高的原子结合时形成的氢键,如F、O、N,Cl和C在一定条件下也可以参与形成氢键。2003年的北京赛区预赛题中有三氯甲烷与苯的派电子形成氢键,可以把CCl3看作高电负性基团,而苯的派电子为很好的质子受体。
2、X-H-派氢键
又叫做芳香氢键,是派电子体系作为质子受体,上面已经顺便说过。这种氢键在生命体重稳定多肽和蛋白质的结构有很重要的作用。
3、X-H-M氢键
具有充满电子的d轨道的过渡金属,如Pt等,能作为质子的受体,和X-H基团形成3c-4e氢键体系。如{(PtCl4)·cis-[PtCl2(NH2Me)2]}2-
中的N-H-Pt氢键指向平面四方形[PtCl4]的中心。
4、X-H-H-Y
当H的电负性介于X和Y之间时,就有可能产生这种氢键,如H3N-BH3。在这里,质子的受体实际上是H-。二氢键体系容易失去H2,可以看作是脱氢过程的中间体。
5、抓氢键
过渡金属与H-H分子形成的3c-4e桥键,结构类似于硼中的3c-4e键,这里就不画了。
其实氢键的种类远比我列举的丰富,在实际研究中,是否存在氢键是由实验测得的,而并不是理论分析。一般来讲,当由H相隔的两个原子间距离小于它们的范德华半径时,就可以认为而这中存在氢键,二原子间总是或多或少存在一些相互作用。故氢键的存在还是很普遍的。


氢键是怎样形成的?

氢原子与
电负性大的原子X以
共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y(O
F
N等)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。
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分子中含有负电子对并带
氢键部分负电荷的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、分子内氢键
某些分子内,例如HNO
3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键,还有一个苯环上连有两个
羟基,一个羟基中的氢与另一个羟基中的氧形成氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制,X-H…Y往往不能在同一直线上。分子内氢键使物质熔沸点降低。分子内氢键必须具备形成氢键的
必要条件,还要具有特定的条件,如:形成平面环,环的大小以五或六原子环最稳定,形成的环中没有任何的扭曲。
4、双氢键与Π氢键
不同分子之间还可能形成双氢键效应,写为B-H…
H-A。比如H3N—
BH3,而双氢键很容易脱去H2,所以双氢键也被看成氢化物脱氢的中间体。另外在
大分子中往往还存在π—氢键,
大π键或离域π
键体系具有较大的电子云可以作为质子的受体,而形成π—氢键,也称芳香氢键,在稳定多肽和蛋白质中也起着重要作用。
特性:
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。因为物质的熔沸点与分子间作用力有关,如果分子内形成氢键,那么相应的分子间的作用力就会减少,
分子内氢键会使物质熔沸点降低.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。
2、溶解度
在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大。HF和NH3在水中的溶解度比较大,就是这个缘故。
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。
nHF(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。


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