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氢键的作用有那些,氢键的作用有那些特点(高中化学知识点讲解—氢键的形成、特点及对物质性质的影响)

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内容导航:1、高中化学知识点讲解—氢键的形成、特点及对物质性质的影响2、氢键的作用有那些3、氢键作用 关于氢键作用介绍4、氢键在化学反应中有什么作用

1、高中化学知识点讲解—氢键的形成、特点及对物质性质的影响

1、氢键的形成

在HF分子中,H和F原子以共价键结合,但因F原子的电负性大,电子云强烈偏向F原子一方,结果使H原子一端显正电性。由于H原子半径很小,又只有一个电子,当电子强烈地偏向F原子后,H原子几乎成为一个“裸露”的质子,因此正电荷密度很高,可以和相邻的HF分子中的F原子产生静电吸引作用,形成氢键。氟化氢的氢键表示为F-H……F(图7-30)

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不仅同种分子间可形成氢键,不同种分子间也可以形成氢键,NH3和H2O间的氢键如下:

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氢键通常用表示X-H……Y,X和Y代表F、O、N等电负性大,半径较小的原子。

除了分子间的氢键外,某些物质的分子也可以形成分子内氢键如:邻硝基苯酚、NaHCO3晶体等。(见图7-31)

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总之,分子欲形成氢键必须具备两个基本条件,其一是分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子。其二是分子中必须有带孤电子对,电负性大,而且原子半径小的元素。

2、氢键的特点:

(1)氢键具有方向性。它是指Y原子与X-Y形成氢键时,尽可能使氢键的方向与X-H键轴在同一条直线上,这样可使X与Y的距离最远,两原子电子云间的斥力最小,因此形成的氢键愈强,体系愈稳定。

(2)氢键具有饱和性。它是指每一个X-H只能与一个Y原子形成氢键。这是因为氢原子的半径比X和Y的原子半径小很多,当X-H与一个Y原子形成氢键X-H……Y之后,如有另一个极性分子Y原子接近时,则这个原子受到X、Y强烈排斥,其排斥力比受正电荷的H的吸引力大,故这个H原子未能形成第二个氢键。

3、氢键的键长和键能

氢键不同于化学键,其键能小,键长较长。氢键的键能主要与X、Y的电负性有关,还与存在于不同化合物有关。一般,电负性越大,氢键越强;氢键的键能还与Y的原子半径有关,半径越小,键能越大。如F-H……F为最强的氢键,O-H……O,O-H……N,N-H……N的强度依次减弱,Cl的电负性与N相同,但半径比N大,只能形成很弱的氢键O-H……Cl、Br、I不能形成氢键。

4、氢键对物质性质的影响

氢键广泛存在,如水、醇、酚、酸、羧酸、氨、胺。氨基酸、蛋白质、碳水化合物等许多化合物都存在氢键。氢键对物质的影响也是多方面的。

(1)对物质熔、沸点的影响。分子间形成氢键使物质的熔沸点升高。如图7-32这是由于要使液体气化或使固体液化都需要能量去破坏分子间氢键的缘故。

凡是与熔、沸点有关的性质如熔化热、汽化热、蒸气压等的变化情况都与上面讨论的情况相似。

分子内形成氢键,常使其熔、沸点低于同类化合物的熔、沸点。

(2)对水和冰密度的影响。水除了熔、沸点显著高于同族外,还有另一个反常现象,就是它在4℃ 时密度最大。这是因为在4 ℃以上时,分子的热运动是主要的,使水的体积膨胀,密度减小;在4℃ 以下时,分子间的热运动降低,形成氢键的倾向增加,形成分子间氢键越多,分子间的空隙越大。当水结成冰时,全部水分子都以氢键连接,形成空旷的结构。见图7-23

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在冰中每个H原子都参与形成氢键,结果使水分子按四面体分布,每个氧原子周围都有四个氢。这样的结构空旷3,密度也降低3。

(3)对物质溶解度的影响。在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键,则溶质的溶解度增大。如HF、NH3极易溶于水。如果溶质分子形成分子内氢键,在极性溶剂中溶解度减小,而在非极性溶剂中溶解度增大。

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用水龙来吸收泄漏的氨气

(4)对蛋白质构型的影响。在多肽链中由于>C=O和>N-H 可形成大量的氢键(N-H……O),使蛋白质分子按螺旋方式卷曲成立体构型,称为蛋白质的二级结构(见图7-34)。可见氢键对蛋白质维持一定空间构型起着重要作用。

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(5)对物质酸性的影响。分子内形成氢键,往往使酸性增强。如:苯甲酸Ka=6.2×10-12;若在邻位上代有羟基,得邻羟基苯甲酸的Ka=9.9×10-11,如在羧基左右两边都代上羟基,得到的2,6-二羟基苯甲酸的Ka=5×10-9,这是由于羧基(-OH)上的氢与羧基(-COOH)上的氧形成了分子内氢键,从而促进了氢的解离。

2、氢键的作用有那些

氢键 HydrogenBonding与负电性大的原子X(氟、氯、氧、氮等)共价结合的氢,如与负电性大的原子Y(与X相同的也可以)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y形的键。这种键称为氢键。

氢键的结合能是2—8千卡(Kcal)。

因多数氢键的共同作用,所以非常稳定。在a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键,DNA的双螺旋情况下是N-H…O,N-H…N型的氢键,因为这样氢键很多,因此这些结构是稳定的,此外,水和其他溶媒是异质的,也由于在水分子间生成O-H…O型氢键。因此,这也就成为疏水结合形成的原因。一、氢键的形成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(4.0)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分子中含有孤电子对并带部分负电荷的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。

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。3、氢键形成的条件⑴与电负性很大的原子A形成强极性键的氢原子。

⑵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)氢键的本质:强极性键(A-H)上的氢核,与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电引力。⑶表示氢键结合的通式氢键结合的情况如果写成通式,可用X-H…Y①表示。式中X和Y代表F,O,N等电负性大而原子半径较小的非金属原子。

X和Y可以是两种相同的元素,也可以是两种不同的元素。

3、氢键作用 关于氢键作用介绍

1、氢键通常可用X-H…Y来表示。其中X以共价键(或离子键)与氢相连,具有较高的电负性,可以稳定负电荷,因此氢易解离,具有酸性(质子给予体)。

而Y则具有较高的电子密度,一般是含有孤对电子的原子,容易吸引氢质子,从而与X和H原子形成三中心四电子键。

2、典型的氢键中,X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键,但通常键能较低。碳在与数个电负性强的原子相连时也有可能产生氢键。例如在氯仿CHCl3中,碳原子直接与三个氯原子相连,氯原子周围电子云密度较大,因而碳原子周围即带有部分正电荷,碳也因此参与了氢键的形成,扮演了质子供体的角色。

此外,芳环上的碳也有相对强的吸电子能力,因此形成Ar-H … :O型的弱氢键(此处Ar表示芳环)。芳香环、碳碳叁键或双键在某些情况下都可作为电子供体,与强极性的X-H(如-O-H)形成氢键。

4、氢键在化学反应中有什么作用

形成氢键的必要条件是,氢在原来分子中结合着的键要有足够强的极性,也就是和氢键合着的原子,要有足够大的负电性,如氧、氟、氮等.氮和氯的负电性几乎相等,但氮原子比较小,容易形成氢键.例如水分子的氢键.氢在水分子虽已和氧共价键合,由于氧的负电性大,电子被强烈地引向氧的一端,使得氢带部分正电荷,在这个氢核外已没有掩护的电子,因此它还能吸引另一负电性元素,即另一水分子的氧,这样一两个水分子就缔合在一起了,氢原子只有一个1S电子,是不可能形成两个共价键的,所以H在它原来的分子中仍旧保持它和氧中间的共价键,它和另一水分子的氧基本上还是静电引力,所以,氢键的键能不大,仅有几个千焦.由于氢键的形成,水分子可以三个、四个、五个或更多个缔合在一起.具有H-O、H-N、H-F等键的化合物,容易由于氢键的形成而缔合成为缔合分子,对它们的熔点、沸点降低,升华热、汽化热减小,也影响溶解度.不同分子之间也能形成氢键,例如有机胺和水也可借氢键而结合,氨和水也能形成氢键.能够形成氢键的物质有水、醇、胺、羧酸、无机酸、水合物、氨合物等,在生命过程中的蛋白质、脂肪、醣都含有氢键,氢键又分分子内氢键和分子间氢键两种.目前还没发现对化学性质的特别影响力.

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