化学自习室移动版

(1)概念：

已经与电负性很大的原子(如N、O、F) 形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子(如 N、O、F)之问的作用力。如水分子问的氢键如下图所示。

(2)表示方法：

A—H…B一(A、B为N、O、F“一” 表示共价键，“…”表示形成的氢键)。

(3)分类

(4)属性：

氢键不属于化学键，它属于一一种较强的分子间作用力，其作用能大小介于范德华力和化学键之间。

(5)对物质性质的影响

①氢键对物质熔、沸点的影响。

分子问存在氧键时，破坏分子问的氢键，需要消耗更多的能量，所以存在氢键的物质具有较高的熔点和沸点。

例如：氮族、氧族、卤素中的N、O、F的氧化物的熔、沸点的反常现象。

②氢键对物质溶解度的影响：

氢键的存在使物质的溶解性增大。

例如：NH₃极易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子之问形成了氢键，彼此互相缔合，因而加大了溶解。再如乙醇、低级醛易溶于水，也是因为它们能与水分子形成氢键。

③氢键的存在会引起密度的变化。

水结冰时体积膨胀、密度减小的反常现象也可用氢键解释：在水蒸气中水以单个的水分子形式存在；在液态水中，通常是几个水分子通过氢键结合，形成(H₂O)n小集团；在固态水(冰)中，水分子大范围地以氢键互相连接，成为疏松的晶体，因此在冰的结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小。

④分子内氢键与分子间氢键对物质性质的不同影响：

氢键既可以存在于分子内部的原子之间，也可以存在于分子间的原子之间，只不过这两种情况对物质性质的影响程度是不一样的。例如，

邻羟基苯甲醛存在分子内氢键：熔点为2℃，沸点为196． 5℃；

对羟基苯甲醛存在分子间氢键：熔点为 115℃，沸点为250℃。

由此可见，分子间氢键使物质的熔、沸点更高。

6)存在：

水、醇、羧酸、酰胺、氨基酸、蛋白质、结晶水合物等物质中都能存在；生命体中许多大分子内也存在氢键，如氢键是蛋白质具有生物活性的高级结构的重要原因，DNA双螺旋的两个螺旋链也是以氢键相互结合的。

氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的，如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物。

1.氢键的形成

⑴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。例如 HF与HF之间：

⑵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：

2.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。

⑷对氢键的理解

氢键存在虽然很普遍，对它的研究也在逐步深入，但是人们对氢键的定义至今仍有两种不同的理解。

第一种把X-H…Y整个结构叫氢键，因此氢键的键长就是指X与Y之间的距离，例如F-H…F的键长为255pm。

第二种把H…Y叫做氢键，这样H…F之间的距离163pm才算是氢键的键长。这种差别，我们在选用氢键键长数据时要加以注意。

不过，对氢键键能的理解上是一致的，都是指把X-H…Y-H分解成为HX和HY所需的能量。

3.氢键的强度

氢键的牢固程度——键强度也可以用键能来表示。粗略而言，氢键键能是指每拆开单位物质的量的H…Y键所需的能量。氢键的键能一般在42kJ·mol-1以下，比共价键的键能小得多，而与分子间力更为接近些。例如, 水分子中共价键与氢键的键能是不同的。

而且，氢键的形成和破坏所需的活化能也小，加之其形成的空间条件较易出现，所以在物质不断运动情况下，氢键可以不断形成和断裂。

4.氢键形成对物质性质的影响

氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的，如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物。氢键的存在，影响到物质的某些性质。

(1)熔点、沸点

分子间有氢键的物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须提高温度，额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高。分子内生成氢键，熔、沸点常降低。例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点(45℃)比有分子间氢键的间位熔点(96℃)和对位熔点(114℃)都低。

(2)溶解度

在极性溶剂中，如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。HF和HN3在水中的溶解度比较大，就是这个缘故。

(3)粘度

分子间有氢键的液体，一般粘度较大。例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间可形成众多的氢键，这些物质通常为粘稠状液体。

(4)密度

液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象，例如液态HF，在通常条件下，除了正常简单的HF分子外，还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n。 nHF(HF)n

其中n可以是2，3，4…。这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响液体的密度。

H₂O分子之间也有缔合现象。 nH₂O(H₂O)n，常温下液态水中除了简单H₂O分子外，还有(H₂O)2，(H₂O)3，…，(H2O)n等缔合分子存在。降低温度，有利于水分子的缔合。温度降至0℃时，全部水分子结成巨大的缔合物——冰。