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。
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。
氢键影响物质的什么性质和性质
分子内氢键使每个分子更加独立保守,与周围分子的相互结合作用弱,因而物质熔沸点降低;分子间氢键使分子之间的相互作用更为紧密牢固,因而需要更高的能量使它们具有良好的自由性,故熔沸点升高。
分子间氢键是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。
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。
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。
氢键不同于范德华力,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。
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