氢键的本质.PDFVIP

氢键的本质 敖银勇 指导老师：卞江 摘要：本文对氢键的形成、存在、对物质影响、及其属性进行了总结。 关键字：氢键 本质 形成 存在 影响 分类 共价键 分子间作用力 为什么水是液态的？为什么冰能够浮于水之上？为什么复杂的 DNA 双螺旋结构能够稳 定存在？经过多年的归纳和探索，在这几个看似不相关的问题中，人们发现了其内在联系— —氢键。 1.氢键的发现与什么是氢键 按照元素周期规律可知，由于分子间力对物质熔点、沸点的影响，对于结构相似的同系 列物质的熔沸点一般随分子量的增大而升高。但是在氢化物中，NH3、H2O、HF 的熔点沸点比 相应同族的氢化物都高得多，如图:（左侧为熔点，右侧为沸点） 这说明分子间还存在另一种特殊的分子力，这就是氢键。 氢键是指在氢原子与电负性很大的原子 X 以共价键相结合时，同另外一个具有孤对电 子对的原子 Y 形成的一个弱的键，是一种由氢原子参加成键的特殊的化学键。 2.氢键的形成 氢键的生成，主要是因为偶极子与偶极之间的静电吸引作用。当氢原子与电负性很强的 原子(如 A)结合时，因极化效应，其键间的电荷分布不均．氢原子变成近乎氢正离子状态。 此时再与另一电负性很强的原子(如 B)相遇时，即发生静电吸引。因此，结合可视为以 H 离 子为桥粱而形成的，故称为氢键，如下式中虚线所示：A－H…B 其中 A，B 是氧、氮或氟等电负性大且原子半径比较小的原子。 生成氢键时，给出氢原子的 A—H 基叫做氢给予基，与氢原子配位的电负性较大的原子 B 叫氢接受基，具有氢给予基的分子叫氢给予体。把氢键看作是由 B 给出电子向 A 配对时， 电子给予体 B 是氢接受体，电子接受体 A—H 是氢给予体。 氢键的形成，既可以是一个分子在其分子内形成，也可以是两个或多个分子在其分子间 形成。例如：水杨醛和 2-甲-2-芳氧基丙酸分别在其分子内形成了氢键；而氟化氢和甲醇则 是在其分子之间形成氢键。 氢键井不限于在同类分子之间形成。不同类分子之间亦可形成氢键，如醇、醚、酮、胺 等相混时，都能生成类似 O－H…O 状的氢键。例如，醇与胺相混合即形成下列形式的氢键。 一般认为，在氢键 A—H…B 中，A—H 键基本上是共价键，而 H…B 键则是一种较弱的有 方向性的范德华引力。因为原子 A 的电负性较大，所以 A－H 的偶极矩比较大，使氢原子带 有部分正电荷。而氢原子又没有内层电子，同时原子半径(约 30pm)又很小，因而可以允许 另一个带有部分负电何的原子 B 来充分接近它，从而产生强烈的静电吸引作用，形成氢键。 [1] 3.氢键的存在 氢键广泛存在于许多重要物质， 如水、醇、酚、酸、羧酸、氨、胺、酰胺、氨基酸、 蛋白质、碳水化合物、氢氧化合物、酸式盐， 碱式盐(含 OH)和结晶水合物之中。[2]氢键 主要存在于液态（如 H2O）和固态（如冰）物质中，但也可存在于气态物质中（如 NH3）。[3] 氢键对物质的许多物理化学性质如熔点、沸点、熔化热、汽化热、蒸汽热、溶解度、粘度、 表面张力、密度、酸碱性、介电常数等都产生很大影响，并且在人类和动植物的生理生化过 程中起十分重要的作用。[2]下面将要涉及到它们对物质物理化学性质的一些影响。 4.