分子间作用力与物质性质
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分子间作用力与物质性质的关系近年来,分子间作用力与物质性质的关系成为科学界研究的热门话题。
分子间作用力是指分子之间的相互作用力,是物质性质的重要决定因素之一。
本文将从分子间作用力对物质的物理性质、化学性质以及生物性质的影响三个方面进行探讨。
一、分子间作用力对物质的物理性质的影响1. 熔点和沸点分子间作用力与物质的熔点和沸点密切相关。
分子间作用力较强的物质,其分子间结合力较大,熔点和沸点较高;相反,分子间作用力较弱的物质,其熔点和沸点较低。
例如,离子晶体由于离子间的静电作用较强,熔点较高;而分子间作用力较弱的非极性分子,如氯仿,其熔点相对较低。
2. 导电性和溶解性分子间作用力还直接影响物质的导电性和溶解性。
具有离子键或极性分子键的物质,由于分子间作用力较大,离子或极性分子在溶液中能够解离或形成氢键,导致物质具有较好的导电性和溶解性。
例如,氯化钠具有离子结构,能够在水中快速溶解并形成导电的溶液。
3. 质量密度和硬度分子间作用力还对物质的质量密度和硬度产生影响。
分子间作用力较强的物质,其分子间距较小,分子排列较紧密,导致质量密度较大。
例如,金属物质由于具有金属键,分子间作用力较强,质量密度往往较大。
此外,分子间作用力还会影响物质的硬度。
晶体由于离子或分子间的结合力较强,往往具有较高的硬度。
二、分子间作用力对物质的化学性质的影响1. 化学反应速率分子间作用力与物质的化学反应速率呈反比关系。
分子间作用力较强的物质,分子间的碰撞频率较低,反应速率较慢。
相反,分子间作用力较弱的物质,分子间的碰撞频率较高,反应速率较快。
例如,液氨的分子间作用力较强,反应速率较慢,而液体溴的分子间作用力较弱,反应速率较快。
2. 化学稳定性分子间作用力还与物质的化学稳定性密切相关。
分子间作用力较强的物质,分子结构较稳定,不容易发生化学反应。
分子间作用力较弱的物质,由于分子间的相对运动较大,分子结构较不稳定,容易发生化学反应。
例如,乙酸在常温下能够逐渐分解,而乙醇由于氢键的存在具有较高的化学稳定性。
第4节分子间作用力与物质性质【学习目标】1知道分子间作用力的广泛存在及其对物质性质(如熔点、沸点)的影响。
2、理解氢键的形成条件、类型、特点以及氢键对物质性质(如熔点、沸点、溶解度)影响。
3、了解范德华力、氢键与化学键的关系,会区分范德华力、化学键与氢键4、运用所学知识解释物质熔沸点变化的原因【教学重难点】分子间作用力、氢键及其对物质性质的影响本节知识框架分子间普遍存分子间前预习区】范德华力【课1什么是范存在于某些原德华子或分子之间华力对物质的性质何影响?^氢键J物质熔点、沸点以及溶解度等性质2、氢键是化学键吗?氢键的形成条件是什么?氢键对物质的性质有何影响?分为哪几类?3、 氢键与范德华力、化学键的强弱关系是什么?请你根据表中的数据与同学交流讨论以下问题: (1)卤素单质熔化或气化时破坏的微粒间作用力是什么?卤素单质的熔、沸点有怎样的变化规律?(2 )导致卤素单质熔、沸点规律变化的原因是什么?它与卤素单质相对分子质量的变化 规律有怎样的关系?【预习达标区】1、下列氢化物在液态时, 分子间不存在氢键的是 ()A. HF B.H 2O C .NH D .CH2、 在 HCl 、 HBr 、HI 、HF 中, 沸点最低的是()A. HFB.HCl C.HBrD.HI【课堂互动区】【问题组1】范德华力与物质性质1. 比较CO 和CS 、CO 和ChHCHO 常温下的状态,判断这两组物质的熔沸点高低。
2. 两组物质熔沸点差异的主要原因是什么?3. 范德华力除与相对分子质量有关以外,还与什么因素有关? 【知识梳理1】升咼,是 ____________________ 增大的结果;例如, F 2、Cl 2、B 「2、I 2分子间作用力越来越 __________ ,熔沸点越来越__________ 。
3、范德华力主要影响物质的 _____________________ 的性质。
其影响规律是:①范德华力弱的时候物质一般呈 ___________ 态,强的时候一般呈 _______ 态氢键又可以②范德华力越强,物质的熔沸点越_____________ 。
分子间力与物质的物理性质物理学研究了物质的性质及其相互作用。
其中,分子间力是决定物质物理性质的重要因素之一。
本文将就分子间力和物质物理性质展开讨论,并探究它们之间的关系。
一、分子间力的概念分子间力是指分子之间由于电荷分布不均匀而产生的相互作用力。
它是物质的内在性质,不同物质之间的分子间力有所差异。
常见的分子间力包括范德华力、静电力、氢键等。
二、分子间力与物质的性质1. 熔点和沸点分子间力直接影响物质的熔点和沸点。
分子间力较强的物质,其分子排列较为紧密,所需的能量较大,因此具有较高的熔点和沸点。
相反,分子间力较弱的物质,其分子排列较为松散,所需的能量较小,其熔点和沸点较低。
2. 硬度和强度分子间力还影响物质的硬度和强度。
分子间力较强的物质,其分子间作用力紧密,难以形变,因此具有较高的硬度和强度。
相反,分子间力较弱的物质,其分子间作用力较弱,容易形变,其硬度和强度较低。
3. 导电性和磁性分子间力对物质的导电性和磁性也有影响。
许多金属,由于其分子间的金属键和自由电子的存在,具有良好的导电性。
而某些物质,如铁磁体,其分子间力导致了磁性的表现。
4. 溶解性分子间力还影响物质的溶解性。
通常情况下,极性物质易溶于极性溶剂,非极性物质易溶于非极性溶剂。
这是因为极性物质的分子间力是通过分子间的氢键等静电力作用实现的。
三、分子间力的调控控制分子间力可以通过改变温度、压力和化学成分等方法实现。
例如,加热物质可以增加其分子的热运动能量,从而减弱分子间力。
另外,也可以通过改变物质的化学成分,引入一些有利于分子间力的修饰基团。
四、应用与展望分子间力的理解对于实际应用具有重要意义。
例如,在材料学领域中,合理设计分子间力可以制备具有特定性能的材料,如高强度钢、导电聚合物等。
然而,对于一些复杂体系,分子间力的研究仍然存在很大的挑战。
如涉及大量分子之间相互作用的生物体系,其分子间力的研究需要借助于先进的实验手段和理论模型。
因此,为了更深入地理解分子间力与物质性质之间的关系,需要继续加强研究,并积极探索新的研究方法。
有机化学基础知识点分子间力与物质性质的关系有机化学作为化学的重要分支,研究有机物的结构、性质以及它们之间的相互作用。
在有机化学中,分子间力对于物质的性质起着至关重要的作用。
本文将从分子间力对物质性质的影响以及常见的分子间力类型进行探讨。
一、分子间力对物质性质的影响1. 沸点和熔点分子间力强的物质通常具有较高的沸点和熔点。
这是因为在高分子间力作用下,分子之间的结合较为牢固,需要更高的温度才能克服分子间力,使物质从固态或液态转变为气态。
2. 溶解度分子间力也对物质的溶解度产生显著影响。
通常来说,具有相似性质的物质更容易相互溶解。
例如,极性分子与极性分子之间的分子间力相对较强,因此极性物质更容易相互溶解,而与之相反的是,非极性物质间的相互作用较弱。
3. 导电性分子间力对于物质的导电性也有一定的影响。
在有机化合物中,分子间力相对较弱,不能带来自由电子的移动,因此大部分有机物质都不导电。
然而,某些有机化合物如酸、碱和盐等,在溶液中能离解成离子,从而具备一定的导电性。
二、常见的分子间力类型1. 静电作用力静电作用力是分子间力的一种形式,由于正负电荷间的相互引力而产生。
当两个分子中的正负电荷之间存在相互吸引时,静电作用力被称为氢键。
氢键通常存在于含有氢原子和电负性较强的原子(如氧、氮和氟)的化合物中。
2. 范德华力范德华力是分子间力中相对较弱的一种类型。
它是由于分子间随机运动而导致的瞬时电荷分布不均引起的。
尽管范德华力相对较弱,但在大量分子之间的作用下,它可以显著影响物质的性质,如相对溶解度。
3. 疏水力疏水力是分子间力的一种特殊形式,它是由于非极性分子间的作用而产生的。
当非极性分子相互接近时,由于电子云的分布不均匀,分子间会产生吸引力。
疏水力是指这种非极性分子间的疏水相互作用。
疏水力在有机物质的溶解度和聚集体形成等方面起着重要作用。
总结起来,有机化学中分子间力是影响物质性质的重要因素之一。
通过了解和研究分子间力的类型和特点,我们能够更好地理解有机化合物的性质及其相互作用,为有机化学的研究和应用提供理论基础。
知识讲解——分子间作用力与物质性质分子间作用力是指在物质中分子之间相互作用的力量。
这些力量能够影响物质的性质和行为。
分子间作用力的类型有很多,例如吸引力、排斥力、电性作用力、磁性作用力等。
不同的物质有不同的分子间作用力,因此它们具有不同的物质性质。
其中,最常见的分子间作用力是范德华力。
这是一种吸引力,它存在于所有物质的分子间,无论是固体、液体还是气体。
范德华力的产生是由于分子中的电子在空间中不断运动而导致的。
这种运动产生了电子云的变动,在一个分子中电子云会不断产生局部的电荷分布,在另一个分子中会引起反应,从而引起分子之间的吸引作用。
范德华力的强度取决于分子之间的距离和分子的极性。
在两个非极性分子之间,范德华力的强度较弱。
然而,在一个极性分子和一个非极性分子之间,范德华力的强度会增加,因为极性分子中有带正电荷和带负电荷的区域。
这种极性分子和非极性分子之间的范德华力称为偶极-范德华力。
除了范德华力,还有一种分子间作用力称为氢键作用力。
氢键作用力在氢原子与氮、氧或氟原子之间形成。
由于氢原子只有一个电子,因此当氢原子与较电负性的原子结合时,它的电子被带走,形成正离子。
这样的正离子与附近的负电荷形成吸引力,从而形成氢键。
氢键具有较强的能力使分子保持稳定,因此具有重大的生物和化学意义。
除了分子间作用力,温度也能够影响物质的性质。
高温能够使分子的运动更加剧烈,从而增加分子间碰撞的几率,导致物质的融化和沸腾。
另一方面,低温能够减少分子的运动,使分子之间的吸引力更强,从而导致物质凝固和变得更加脆弱。
总的来说,分子间作用力是影响物质性质的重要因素之一、它能够决定物质的相态,例如固体、液体和气体。
它还能够影响物质的化学性质,例如溶解性和反应活性。
正因为分子间作用力的存在,我们才能够理解物质的性质和行为,进一步应用这些知识来进行各种领域的研究和应用。
《分子间作用力与物质性质》讲义一、分子间作用力的概念在我们的日常生活中,物质呈现出各种各样的性质,比如物质的状态、熔点、沸点、溶解度等等。
而这些性质在很大程度上都受到分子间作用力的影响。
那么,什么是分子间作用力呢?简单来说,分子间作用力就是分子与分子之间存在的相互吸引或相互排斥的作用。
分子间作用力包括范德华力和氢键。
范德华力又可以进一步分为取向力、诱导力和色散力。
二、范德华力1、取向力取向力发生在极性分子之间。
极性分子具有固定的偶极矩,当两个极性分子相互靠近时,它们的偶极会发生定向排列,从而产生相互吸引的取向力。
比如说,氯化氢(HCl)就是一个极性分子,当许多 HCl 分子聚集在一起时,它们的偶极会按照一定的方向排列,从而产生取向力。
2、诱导力诱导力则是极性分子和非极性分子之间或者极性分子和极性分子之间存在的一种作用力。
当极性分子靠近非极性分子时,会使非极性分子的电子云发生变形,从而产生诱导偶极,进而产生相互吸引的诱导力。
以氯气(Cl₂)和氯化氢(HCl)为例,HCl 是极性分子,Cl₂是非极性分子,当它们靠近时,HCl 会使 Cl₂的电子云发生变形,从而产生诱导力。
3、色散力色散力存在于所有分子之间,而且通常是范德华力中最主要的成分。
即使是非极性分子,由于分子中的电子和原子核不停地运动,导致电子云分布不均匀,瞬间会产生偶极,这些瞬间偶极之间的相互作用就形成了色散力。
像氮气(N₂)和氧气(O₂)这样的非极性分子,它们之间主要的作用力就是色散力。
三、氢键氢键是一种特殊的分子间作用力,它比一般的范德华力要强,但又比化学键弱。
氢键通常发生在已经与电负性很大、半径很小的原子(如 N、O、F 等)形成共价键的氢原子,与另一个电负性很大、半径很小的原子之间。
例如,在水分子(H₂O)中,氧原子电负性较大,氢原子与氧原子形成共价键后,氢原子还会与另一个水分子中的氧原子形成氢键。
氢键对于物质的性质有着重要的影响。
分子间作用力与物质性质分子间作用力是指影响分子之间相互吸引或排斥的力量,是决定物质性质的重要因素。
分子间作用力的类型和强度直接影响物质的物理和化学性质,如物态、熔点、沸点、溶解度、表面张力等。
下面将详细解释分子间作用力对物质性质的影响。
首先,分子间作用力与物质的物态密切相关。
在分子间作用力较弱的情况下,分子内的动力较大,分子间的距离也较大,物质处于气态;而在分子间作用力较强的情况下,分子内的动力较小,分子间的距离也较小,物质处于固态。
液态处于两者之间,分子间作用力如氢键、范德华力等存在。
其次,分子间作用力对物质的熔点和沸点有显著影响。
分子间作用力越强,物质的熔点和沸点也越高。
这是因为分子间作用力越强,分子间的吸引力也越大,分子间距离增大所需的能量也越大,因此物质熔化和沸腾时需要的热量就较高。
另外,分子间作用力还对物质的溶解度和溶解速率产生影响。
尤其是极性分子,它们之间的氢键作用力可以增加溶解度。
例如,水分子通过形成氢键能够溶解许多极性分子。
分子间作用力的强烈程度决定了物质与其他物质的互溶性,从而影响了溶解度以及溶解速率。
此外,分子间作用力还与物质的表面张力有关。
表面张力是指液体表面上分子与内部分子之间的作用力,决定了液体表面上的张力。
分子间作用力越强,表面张力也越大。
例如,水的表面张力较大,能够使水形成水滴而不易流动。
另一个例子是分子间作用力对于物质的极性和非极性特性的影响。
分子间作用力中的范德华力较弱,适用于非极性物质,而氢键作用力等则适用于极性物质。
分子间作用力的类型和强度可能改变分子的电荷分布,从而影响物质的极性和非极性特性。
总的来说,分子间作用力的类型和强度直接影响了物质的物态、熔点、沸点、溶解度、表面张力等性质。
通过理解分子间作用力与物质性质之间的关系,我们可以更好地理解和预测物质的行为,同时也可以为设计和开发新材料提供指导。
在化学和材料科学领域,对分子间作用力与物质性质的研究具有重要的理论和应用价值。
分子间力对物质性质起到关键作用分子间力是化学中一个重要的概念,它对物质的性质具有关键作用。
在化学中,分子是物质的基本单位,而分子间力则是分子之间的相互作用力,决定了物质的多种性质。
本文将深入探讨分子间力对物质性质起到的关键作用。
首先,分子间力对物质的凝聚态性质起到关键作用。
分子间力的强弱决定了物质的相态、熔点、沸点和蒸发热等性质。
在固体中,分子间力较强,分子排列有序,因此固体具有明确的形状和体积。
例如,钠氯化合物的晶体结构中,钠离子和氯离子通过离子键结合在一起,形成了有序的晶格结构。
在液体中,分子间力相对较弱,分子之间的排列没有明确的规律。
这使得液体具有流动性和可变形性。
分子间力还影响了物质的气体状态。
在气体中,分子间力几乎可以被忽略,分子之间的距离较远,分子运动自由,气体具有高度的可压缩性和扩散性。
其次,分子间力决定了物质的溶解性和溶解速度。
当一种物质与另一种物质发生相互作用时,分子间力的强弱会影响它们的相容性和溶解度。
在溶剂中,溶质的分子与溶剂的分子之间会发生各种分子间相互作用,如氢键、范德华力等。
当两种物质之间的分子间力相似或相互吸引时,它们更容易相互溶解。
例如,水是一种极性分子,因此能够与其他极性分子或离子发生氢键或离子键的相互作用,使许多物质能够在水中溶解。
分子间力还影响了溶解速度。
当溶质溶解时,需要克服分子间力的相互吸引力,因此溶解速度与分子间力的强弱相关。
分子间力较强的物质,溶解速度较慢。
此外,分子间力对液体的粘度和表面张力起到重要影响。
粘度是液体抵抗流动的难易程度的量度,而表面张力则是液体分子间的相互作用力导致液体表面层紧束的现象。
分子间力的强度决定了液体的粘度和表面张力的大小。
当液体中的分子间力增强时,粘度和表面张力也会增加。
例如,正己烷和水分子间的各种分子间相互作用力不同,因此它们的粘度和表面张力也存在差异。
正己烷由于分子间力较小,所以具有较低的粘度和表面张力;而水由于分子间力较强,所以具有较高的粘度和表面张力。
§3 分子间作用力和氢键一、分子间作用力1、极性分子与非极性分子每个分子中正、负电荷总量相等,整个分子是电中性的。
但对每一种电荷量来说,都可设想一个集中点,称“电荷中心”。
在任何一个分子中都可以找到一个正电荷中心和一个负电荷中心。
⑴极性分子:若正电荷中心和负电荷中心不相互重合的分子叫极性分子。
⑵非极性分子:若正电荷中心和负电荷中心相互重合的分子叫非极性分子。
⑶在简单双原子分子中,如果是两个相同的原子,由于电负性相同,两原子所形成的化学键为非极性键,这种分子是非极性分子。
如果两个原子不相同,其电负性不等,所形成的化学键为极性键,分子中正负电荷中心不重合,这种分子就为极性分子。
⑷复杂的多原子分子来说,若组成的原子相同(如S8、P4等),原子间的化学键一定是非极性键,这种分子是非极性分子(O3除外,它有微弱的极性)。
如果组成的原子不相同(如CH4、SO2、CO2等),其分子的极性不仅取决于元素的电负性(或键的极性),而且还决定于分子的空间构型。
如CO2是非极性分子,SO2是极性分子。
2、分子偶极矩(μ):衡量分子极性的大小⑴μ=q.d d为偶极长(正负电重心之间的距离),d为正负电荷中心上的电荷量,μ可用实验测定,单位是库·米(C·m)。
⑵应用:①若某分子μ=O则为非极性分子,μ≠0为极性分子。
μ越大,极性越强,因此可用μ比较分子极性的强弱。
如μHCl=3.50×10-30 C·m,μH2O=6.14×10-30 C·m②用μ验证或判断某些分子的几何构型。
如NH3和BeCl3都是四原子分子。
μNH3=4.94×10-30 C·m,μBeCl3=0 C·m,说明NH3是极性分子为三角锥形,BeCl3为非极性分子为平面三角形的构型。
⑶诱导偶极和瞬间偶极①诱导偶极:外电场影响下所产生的偶极②瞬间偶极:在某一瞬间,分子的正电荷重心和负电荷重心会发生不重合现象,这时所产生的偶极3. 分子间作用力(范德华力)化学键的结合能一般在-1 数量级,而分子间力的能量只有几个kJ · mol-1 。
⑴取向力:极性分子之间的永久偶极而产生的相互作用力。
它仅存在于极性分子之间。
【注意】取向力的本质是静电作用。
分子的极性越大,取向力越大;温度越高,取向力越小。
⑵诱导力:诱导偶极同极性分子的永久偶极间的作用力极性分子作为电场,使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大(也产生诱导偶极),这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力。
因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间,也存在于极性分子与极性分子之间。
【注意】诱导力的本质也是静电作用。
一般来说,极性分子的极性越大,诱导力越大。
分子的变形性越大,诱导力也越大。
诱导力与温度无关。
⑶色散力:由于存在“瞬间偶极”而产生的相互作用力。
由于各种分子均有瞬间偶极,故色散力存在于极性分和极性分子,极性分子和非极性分子及非极性分子和非极性分子之间。
【注意】色散力的大小与分子的变形性有关。
分子变形性越大,色散力就越大。
⑷分子间作用力的特点①本质是一种电性作用力(静电吸引),永远存在于分子之间。
②力的作用很小。
一般只有几—几十千焦每摩,比化学键键能小1-2个数量级。
③无方向性和饱和性。
④作用范围:是短程力,作用范围仅几百库·米,当分子间距离为分子本身直径的4~5倍时,作用力迅速减弱。
⑤对大多数分子,色散力是主要的,一般相对大小,色散力>取向力>>诱导力。
⑸影响分子间作用力的因素:①分子间距离,这是主要因素,距离增大,作用力迅速减弱。
②取向力还与温度和分子的极性强弱有关:温度升高,取向难,取向力减弱,分子偶极矩越大,取向力越强。
③诱导力还与极性分子极性强弱和非极性分子的变形性大小有关:极性分子偶极矩越大,非极性分子极化率越大,诱导力越强。
④色散力主要与分子的变形性有关,即分子极化率越大,色散力越强。
⑹分子间力对物质物理性质的影响:主要影响熔、沸点、气化热、熔化热。
①液态物质分子间力越大,气化热越大,沸点越高。
②固态物质分子间力越大,熔化热越大,熔点越高。
③一般说:结构相似的同系列物质(如X2)相对分子质量越大,分子变形性也越大,分子间力越强,物质的熔、沸点就越高。
④相对分子质量相等(如H3PO4、H2SO4)或近似而体积大的有较大变形性熔、沸点相对较高。
⑤溶质或溶剂(若它们是同系列,如有机物中)的极化率α越大,分子变形性和分子间的力越大,溶解度越大。
⑥分子极性小的(如聚乙烯、聚异丁烯等)分子间力小,硬度不大,含有极性基因的有机玻璃等物,分子间力较大,具有一定的硬度。
二、氢键在HX熔、沸点变化出现反常,这是因除分子间力外,还有氢键。
1、氢键的形成氢键的生成,主要是由偶极与偶极之间的静电吸引作用。
当氢原子与电负性甚强的原子(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甚强的原子(如B)相遇时,即发生静电吸引。
因此结合可视为以H离子为桥梁而形成的,故称为氢键。
⑴氢键的表示: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或基叫氢接受基,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H配对,电子给予体B是氢接受体,电子接受体A─H是氢给予体。
⑵强度用键能表示⑶键能:指A─H---B分解成A-H和B-H所需的能量。
一般在42kJ·mol-1以下,比共价键键能小很多,而与分子间力更接近。
例如H2O中,=463 kJ·mol-1,而氢键键能仅为18.83 kJ·mol-1。
⑷键长:指A原子中心到B原子中心的距离氢键的形成,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:水扬醛和2—甲基—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。
OHHOHHθHOE-氢键并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一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的偶极距比较大,使氢原子带有部分正电荷,而氢原于又没有内层电子,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。
2、氢键的特点⑴氢键的饱和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。
⑵氢键的方向性氢键具有方向性则是由于偶极矩A—H与原于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。
⑶影响氢键的因素①氢键的强弱与原子A与B的电负性大小有关,A、B的电负性越大,则氢键越强;②与原子B的半径大小有关,即原子B的半径越小别越容易接近H—A中的氢原子,因此氢键越强,例如,氟原子的电负性最大而半径很小,所以氢键中的F—H…F是最强的氢键。
在F—H、O—H、N—H、C—H系列中,形成氢键的能力随着与氢原子相结合的原子的电负性的降低而递降。
碳原子的电负性很小,C—H一般不能形成氢键,但在H—C≡N或HCCl3等中,由于氮原子和氯原子的影响,使碳原子的电负性增大,这时也可以形成氢链。
例如HCN的分子之间可以生成氢键,三氯甲烷和丙酮之间也能生成氢键:3、分子间氢键和分子内氢键⑴分子间氢键一个分子的A—H基与另一个分子的原子B结合而成的氢键称为分子间氢键。
分子间氢键按形成氢键的分子是否相同,又分为相同分子间氢键和不同分子间氢键两类。
①相同分子间氢键相同分子间氢键又可分为二聚分子中的氢键和多聚分子中的氢键两类。
这里所说的二聚分子间的氢键,是指两个相同分子通过氢键形成二聚体分子中的氢键;而多聚分子中的氢键,是指多个相同分子通过氢键结合而成的分子中的氢键。
二聚分子中的氢键以二聚甲酸(COOH)2,中的氢键最典型。
它是由一分子甲酸中的羟基氢原子和另一分子羧基中羰基氧原子彼此结合而成的环状结构。
由于二聚体没有可供再缔台的氢原子,所以不能形成三聚体分子。
一般如CH3COOH、C6H5COOH 等都能借氢键结合成二聚分子(RCOOH)2相同分子通过氢键形成的多聚分子,其结构又有链状结构、环状结构、层状结构和立体结构之分。
其中链状结构以团体氟化氢比较典型。
其结构式为:多聚分子中氢键的立体结构的典型例子是冰,如图1—3所示。
在冰中,H 2O分子间相互作用能为51.04kJ/mol,其中四分之一可归结于范德华引力,余下的37.64kJ是破坏氢键所需要的能量,所以冰中氢键。
一H…O的健能是每摩尔镁18.8kJ。
冰的晶体结构:(小球代表氢原子,大球代表氧原子,实线代表H—O键,虚线代表氢键)②不同分子间氢键在许多化合物中,不同分子之间也能形成氢键。
例如,苯甲酸和丙酮可以形成分子间氢键。
草酸二水合物是草酸两个羟基中的氢原子分别与两个水分子的氧原子之间通过氢键形成的晶体。
不同分子之间的氢键在溶液中广泛存在,例如:乙醇水溶液中,乙醇和水分产通过氢键缔合在一起。
氢键在生物分子中也广泛存在,这些氢键的存在对生物体的生存起着重要作用。
蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连而成的高分子物质。
这些肤键都是很强的共价键,键能较大,但是蛋白质的主链和侧链连有许多的亚氨基()、碳基() 和羟基,这些极性基因可形成次级键(主要是氢键),使蛋白质形成一定的构象。
氢键键能虽小,但在蛋白质中它们为数很多,对蛋白质的空间结构起着重要作用。
1951年Pauling提出著名的α—螺旋体。
他认为蛋白质肽链象螺旋—样盘曲,位于主链和侧链的亚氨基、羰基、羧基等在螺旋体内形成许多氢键。
另外.在DNA分子中,根据DKA钠盐结晶的x射线衍射研究和碱基摩尔比例规律,1953年Waston —Crick提出DNA的双螺旋结构学说。
DNA的双螺旋结构,是由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组成,其中两条链中的碱基通过氢键结合在一起。
⑵分子内氢键一个分子的A—H键与其分子内部的原子B相结合而成的氢键称为分子内氢键。
即分子内含有氢供基A—H和氢受基B的化合物,在两个基的相对位置合适时,能生成分于内氢控。
例如,邻硝基苯酚中羟基上的氢原子能与邻位上硝基中的一个氧原子生成强的氢键。