1)分子间形成H键的条件是一个分子具有电负性的O,另一个分子具有质子H。
2)分子内形成氢键的条件除了具备1)以外,还要具备对应的几何条件。
如图所示:
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(40)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-HF。
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。
分子内氢键的形成有两个方面的条件:一是具有提供孤对电子的原子如O、S、N、Cl等和另一具有极性的H-X(X=O、N最常见)键;二是两基团空间上能够相互靠近,且成氢键后一般能够形成无张力的五元或六元环。
可以定量。
简答:氢键供体和受体具备饱和性,形成分子内氢键必然减少形成分子间氢键的供体氢和受体孤对电子,这样减少了形成分子间氢键的机会。
要回答题主这个问题,就需要首先指出:氢键的形成,是供体氢和受体孤对电子之间一对一的关系(氢键的饱和性),并且还是有空间方向性的。
例如:一个水分子,当它上面的一个羟基氢,可以和另外一个水分子的氧原子的孤对电子形成氢键;这里的羟基作为氢键供体的时候,就必须1:1匹配另一个水分子氧原子的上的孤对电子,不能同时匹配两个;同样这里另一个水分子氧原子上的孤对电子,一对孤对电子就只能匹配一个羟基上的电正氢。氢键的角度方向,通常也有一定要求,未必非得是一直线,但(以氢为中心)键角一般不小于116度。
注:氢键的供体一词也常指提供电正氢的杂原子如氧、氮、氟等;但按照这种定义,我们的叙述是说不清楚的。因此我们强调供体上的电正氢,因为一个氢键只能有一个氢,这样对于氢键饱和性的叙述就化为供体氢和受体孤对电子一对一的关系
因为氢键供体和受体具备这种饱和性,一旦有部分用于形成分子内氢键,必然会减少用于分子间形成氢键的供体氢和受体数目,这样必然就减少了形成分子间氢键的机会。注:这个“机会”实际上是概率,它正比于可用供体和受体数目的乘积,比例系数中含有温度和分子结构取向的影响。
说到这里,还要解决一个问题,就是分子内和分子间氢键谁先形成谁能抢过谁的问题。一般对于分子内氢键和分子间氢键,如果它们的键能相差不大(即成键焓变接近),则必然优先生成分子内氢键。这是因为分子内氢键通常已经具备了“正好合适”的方向取向(动力学因素),以及它不会因为与其它分子在空间上的组合降低体系自由度即不会导致总体熵更低(热力学因素)。既然一般都是先生成分子内氢键,它争夺供体与受体的能力就大于分子间氢键,也就无怪乎会导致分子间氢键的形成减少。
一、氢键形成的条件
1、 与电负性很大的原子A 形成强极性键的氢原子
2、较小半径、较大电负性、含孤电子对、带有部分负电荷的原子B (F、O、N)
通常较多的是分子间氢键
二、分子内氢键:
氢键发生在同一分子内者
1、在分子内部除了应具备形成氢键的原子(与H连接的F、O、N)
2、还必须满足:形成氢键的原子处于合适的位置方能形成通常以六边形或五边形的生成最适合,且尽可能在同一平面上如临硝基酚(图)
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