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氢键中的两个问题集

1.为什么HF分子间氢键比H2O分子间氢键强,而HF的沸点却比H2O的低?

由于氟原子半径比氧原子小,氢键中的两个问题集电负性大于氧,所以HF分子间的F-H…F氢键比H2O分子间的O—H…O氢键要强得多,前者氢键中的两个问题集键能为28kJ/mol,后者18.8kJ/mol。即使在气态时,HF分子间的氢键尚未完全破坏,还有许多是以氢键中的两个问题集缔合分子(HF)2存在;而水分子在水蒸气中氢键已不能起很大作用,即大部分以单个分子存在,仅有约3.5%的双分子水(H2O)2存在。但是,水的沸点却比氟化氢的高。这是因为一个水分子可以形成两个氢键,而每个氟化氢分子只能形成一个氢键,因而要使氢键完全断裂成为气体分子所需要的总能量就比使HF分子间氢键断裂所需的要多,再加上液态氟化氢气化时氢键还有不完全断裂的因素,所以水气化时所需要能量要多,因而温度要高。

2.氨分子与水分子形成的氢键可表示为

氢键中的两个问题集

究竟哪一种正确?

从理论上分析:若形成的氢键越强,则体系能量越低,物质越稳定。由于氧原子半径比氮原子小,氧元素电负性比氮元素大,所以H-O键中,共用电子对偏向于氧原子的程度与N-H键中共同电子对偏向氮原子的程度比较,H-O键程度大,所以H-O键中的氢原子更接近于“裸露的质子”。对于孤电子对的氢键中的两个问题集电子云,有更强的吸引力,所以NH3分子中N原子的一对孤电子对比H2O分子中O原子的孤电子对更易允许几乎裸露的质子“钻入”电子云。所以,N…H-O氢键比N-H…O氢键更为牢固,因而(Ⅱ)正确。

从实验事实上分析:水溶液中在水分子的作用下,使极性共价键转化为离子键,氢原子完全转化为氢离子,从而使形成氢键的氢键中的两个问题集孤对电子完全进入H离子的空轨道,成为配位键。这样,根据两种结构式就会发生如下两种可能的转化:

氢键中的两个问题集

实验事实证明,氨水是呈碱性的,即按(Ⅰ)转化。

从理论和实验事实两方面分析都得出一个共同结论,即氨分子与水分子间形成的氢键,表示为:

氢键中的两个问题集


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