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氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響

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  氫鍵通常是物質(zhì)在液態(tài)時(shí)形成的,但形成后有時(shí)也能繼續(xù)存在于某些晶態(tài)甚至氣態(tài)物質(zhì)之中。例如在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的HF中都有氫鍵存在。能夠形成氫鍵的物質(zhì)是很多的,如水、水合物、氨合物、無機(jī)酸和某些有機(jī)化合物。氫鍵的存在,影響到物質(zhì)的某些性質(zhì)。

  1、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

  分子間有氫鍵的物質(zhì)熔化或氣化時(shí),除了要克服純粹的分子間力外,還必須提高溫度,額外地供應(yīng)一份能量來破壞分子間的氫鍵,所以這些物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同系列氫化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高。分子內(nèi)生成氫鍵,熔、沸點(diǎn)常降低。例如有分子內(nèi)氫鍵的鄰硝基苯酚熔點(diǎn)(45℃)比有分子間氫鍵的間位熔點(diǎn)(96℃)和對位熔點(diǎn)(114℃)都低。

  2、溶解度

  在極性溶劑中,如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間可以形成氫鍵,則溶質(zhì)的溶解度增大。HF和NH3在水中的溶解度比較大,就是這個(gè)緣故。

  3、粘度

  分子間有氫鍵的液體,一般粘度較大。例如甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物,由于分子間可形成眾多的氫鍵,這些物質(zhì)通常為粘稠狀液體。

  4、密度

  液體分子間若形成氫鍵,有可能發(fā)生締合現(xiàn)象,例如液態(tài)HF,在通常條件下,還有通過氫鍵聯(lián)系在一起的復(fù)雜分子(HF)n。 nHF(HF)n 。其中n可以是2,3,4…。這種由若干個(gè)簡單分子聯(lián)成復(fù)雜分子而又不會(huì)改變原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)象,稱為分子締合。分子締合的結(jié)果會(huì)影響液體的密度。

  5、氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響

  分子間氫鍵使物質(zhì)的熔點(diǎn)(m.p)、沸點(diǎn)(b.p)、溶解度(S)增加,分子內(nèi)氫鍵對物質(zhì)的影響則反之。

  以 HF 為例, F 的電負(fù)性相當(dāng)大, 電子對偏向 F, 而 H 幾乎成了質(zhì)子, 這種 H 與其它分子中電負(fù)性相當(dāng)大、r 小的原子相互接近時(shí), 產(chǎn)生一種特殊的分子間力 —— 氫鍵. 表示為···· : F-H····F-H

  兩個(gè)條件:

  (1)與電負(fù)性大且 r 小的原子(F, O, N)相連的 H ;

 ?。?)在附近有電負(fù)性大, r 小的原子(F, O, N)。

  2. 氫鍵的特點(diǎn)

  1.飽和性和方向性

  由于 H 的體積小, 1 個(gè) H 只能形成一個(gè)氫鍵.由于 H 的兩側(cè)電負(fù)性極大的原子的負(fù)電排斥, 使兩個(gè)原子在 H 兩[醫(yī).學(xué)教.育網(wǎng)搜.集整.理]側(cè)呈直線排列。 除非其它外力有較大影響時(shí), 才可能改變方向。

  2.氫鍵的強(qiáng)度

  介于化學(xué)鍵和分子間作用力之間, 和電負(fù)性有關(guān)。

  --- F-H ···· F O — H ···· O N-H····N

  E/kJ·mol-1 28.0 18.8 5.4

  3. 氫鍵對于化合物性質(zhì)的影響

  分子間存在氫鍵時(shí), 大大地影響了分子間的結(jié)合力, 故物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)將升高。CH3CH2-OH 存在分子間氫鍵,而分子量相同的 H3C-O-CH3 無氫鍵,故前者的 b.p. 高。

  HF、HCl、HBr、HI , 從范德華力考慮, 半徑依次增大, 色散力增加, b.p. 高, 故 b. P. 為 HI > HBr > HCl, 但由于 HF 分子間有氫鍵,故 HF 的b.p. 在這里最高, 破壞了從左到右 b.p. 升高的規(guī)律. H2O, NH3 由于氫鍵的存在, 在同族氫化物中 b.p. 亦是最高.

  H2O 和 HF 的分子間氫鍵很強(qiáng), 以致于分子發(fā)生締合, 以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而 (H2O)2 排列最緊密, 4℃時(shí), (H2O)2 比例最大, 故 4℃ 時(shí)水的密度最大. 可以形成分子內(nèi)氫鍵時(shí), 勢必削弱分子間氫鍵的形成. 故有分子內(nèi)氫鍵的化合物的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)不是很高。

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