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1氫鍵

氫鍵的強弱
氫鍵的結合能是2—8千卡(Kcal)。氫鍵是一種比分子間作用力(范德華力)稍強,比共價鍵和離子鍵弱很多的相互作用。其穩定性弱於共價鍵和離子鍵。
形成的條件
(1) 與電負性很大的原子A 形成強極性鍵的氫原子 。
(2) 較小半徑、較大電負性、含孤對電子、帶有部分負電荷的原子B (F、O、N)
氫鍵的本質: 強極性鍵(A-H)上的氫核 與電負性很大的、含孤電子對並帶有部分負電荷的原子B之間的靜電引力。
(3)表示氫鍵結合的通式
氫鍵結合的情況如果寫成通式,可用X-H…Y①表示。式中X和Y代表F,O,N等電負性大而原子半徑較小的非金屬原子。
X和Y可以是兩種相同的元素,也可以是兩種不同的元素。
(4)對氫鍵的理解
氫鍵存在雖然很普遍,對它的研究也在逐步深入,但是人們對氫鍵的定義至今仍有兩種不同的理解。
第一種把X-H…Y整個結構叫氫鍵,因此氫鍵的鍵長就是指X與Y之間的距離,例如F-H…F的鍵長為255pm。
第二種把H…Y叫做氫鍵,這樣H…F之間的距離163pm才算是氫鍵的鍵長。這種差別,我們在選用氫鍵鍵長數據時要加以注意。
不過,對氫鍵鍵能的理解上是一致的,都是指把X-H…Y-H分解成為HX和HY所需的能量。
(5)氫鍵的飽和性和方向性
氫鍵不同於范德華力,它具有飽和性和方向性。由於氫原子特別小而原子A和B比較大,所以A—H中的氫原子只能和一個B原子結合形成氫鍵。同時由於負離子之間的相互排斥,另一個電負性大的原子B′就難於再接近氫原子。這就是氫鍵的飽和性。
氫鍵具有方向性則是由於電偶極矩A—H與原子B的相互作用,只有當A—H…B在同一條直線上時最強,同時原子B一般含有未共用電子對,在可能範圍內氫鍵的方向和未共用電子對的對稱軸一致,這樣可使原子B中負電荷分佈最多的部分最接近氫原子,這樣形成的氫鍵最穩定。

2成鍵

氫鍵通常可用X-H…Y來表示。其中X以離子鍵與氫相連,具有較高的電負性,可以穩定負電荷,因此氫易解離,具有酸性(質子給予體)。而Y則具有較高的電子密度,一般是含有孤對電子的原子,容易吸引氫質子,從而與X和H原子形成三中心四電子鍵。
成鍵原子
典型的氫鍵中,X和Y是電負性很強的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情況下也能形成氫鍵,但通常鍵能較低。 碳在與數個電負性強的原子相連時也有可能產生氫鍵。例如在氯仿CHCl3中,碳原子直接與三個氯原子相連,氯原子周圍電子云密度較大,因而氫原子周圍即帶有部分正電荷,碳也因此參與了氫鍵的形成,扮演了質子供體的角色。此外,芳環上的碳也有相對強的吸電子能力,因此形成Ar—H … :O型的弱氫鍵(此處Ar表示芳環)。
芳香環、碳碳叄鍵或雙鍵在某些情況下都可作為電子供體,與強極性的X-H(如-O-H)形成氫鍵。

3氫鍵分類

不同種分子之間
不僅同種分子之間可以存在氫鍵,某些不同種分子之間也可能形成氫鍵。例如 NH3與H2O之間。所以這就導致了氨氣在水中的驚人溶解度:1體積水中可溶解700體積氨氣。
前言
氫鍵通常是物質在液態時形成的,但形成後有時也能繼續存在於某些晶態甚至氣態物質之中。例如在氣態、液態和固態的HF中都有氫鍵存在。能夠形成氫鍵的物質是很多的,如水、水合物、氨合物、無機酸和某些有機化合物。氫鍵的存在,影響到物質的某些性質。
溶解度
在極性溶劑中,如果溶質分子與溶劑分子之間可以形成氫鍵,則溶質的溶解度增大。HF和NH3在水中的溶解度比較大,就是這個緣故。
密度
液體分子間若形成氫鍵,有可能發生締合現象,例如液態HF,在通常條件下,除了正常簡HF分子外,還有通過氫鍵聯繫在一起的複雜分子(HF)n。 nHF(HF)n 。其中n可以是2,3,4…。這種由若干個簡單分子聯成複雜分子而又不會改變原物質化學性質的現象,稱為分子締合。分子締合的結果會影響液體的密度。

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