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氢键的定义,氢键的定义是什么?

admin admin 发表于2024-03-12 00:43:04 浏览22 评论0

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怎么理解氢键呢?

氢键的定义
氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y(O F N等)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。
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。因为物质的熔沸点与分子间作用力有关,如果分子内形成氢键,那么相应的分子间的作用力就会减少, 分子内氢键会使物质熔沸点降低.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。

什么是氢键

它是两个或多个分子之间氢原子与氧硫氮等电负性较大的原子之间形成的一种特殊的化学键,它的强度介于分子间作用力和分子内化学键(离子键、共价键等)之间,它的存在能够提高物质的熔点和沸点,常见的如冰中,在一些有机物中也较为常见
与电负性大的原子X(氟、氧、氮等)共价结合的氢,若与电负性大的原子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形式的键,称为氢键。
氢原子与电负性的原子X共价结合时,共用的电子对强烈地偏向X的一边,使氢原子带有部分正电荷,能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合,形成的X—H┅Y型的键。(是定义!!!)

氢键的定义是什么?

氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y(O F N等)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。
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。
氢键的结合能是2—8千卡(Kcal)。氢键是一种比分子间作用力(范德华力)稍强,比共价键和离子键弱很多的相互作用。其稳定性弱于共价键和离子键。
氢键键能大多在25-40kJ/mol之间。一般认为键能<25kJ/mol的氢键属于较弱氢键,键能在25-40kJ/mol的属于中等强度氢键,而键能>40kJ/mol的氢键则是较强氢键。曾经有一度认为最强的氢键是[HF2]中的FH…F键,计算出的键能大约为169kJ/mol。而事实上,用相同方法计算甲酸和氟离子间的[HCO2H…F]氢键键能,结果要比HF2的高出大约30kJ/mol。
扩展资料:氢键对化合物熔点和沸点的影响:
分子间形成氢键时,化合物的熔点、沸点显著升高。HF,H20和NH3等第二周期元素的氢化物,由于分子间氢键的存在,要使其固体熔化或液体气化,必须给予额外的能量破坏分子间的氢键,所以它们的熔点、沸点均高于各自同族的氢化物。
值得注意的是,能够形成分子内氢键的物质,其分子间氢键的形成将被削弱,因此它们的熔点、沸点不如只能形成分子间氢键的物质高。硫酸、磷酸都是高沸点的无机强酸,但是硝酸由于可以生成分子内氢键的原因,却是挥发性的无机强酸。可以生成分子内氢键的邻硝基苯酚,其熔点远低于它的同分异构体对硝基苯酚。
由于具有静电性质和定向性质,氢键在分子形成晶体的堆积过程中有一定作用。尤其当体系中形成较多氢键时,通过氢键连接成网络结构和多维结构在晶体工程学中有重要意义。
参考资料:百度百科-氢键
氢键是分子间作用力的一种,是一种永久偶极之间的作用力,氢键发生在已经以共价键与其它原子键结合的氢原子与另一个原子之间(X-H…Y),通常发生氢键作用的氢原子两边的原子(X、Y)都是电负性较强的原子。
氢键既可以是分子间氢键,也可以是分子内的。其键能最大约为200kJ/mol,一般为5-30kJ/mol,比一般的共价键、离子键和金属键键能要小,但强于静电引力。氢键对于生物高分子具有尤其重要的意义,它是蛋白质和核酸的二、三和四级结构得以稳定的部分原因。
扩展资料
氢键的影响
1、氨在水中的非常大的溶解度与它和水分子间的氢键有关。
2、甘油、无水磷酸和硫酸具有较大的黏度。
3、邻硝基苯酚中存在分子内氢键,因此熔点较间硝基苯酚和对硝基苯酚低。
4、冰中水分子在冰晶体结构中空间占有率较低,因而冰密度较小,甚至小于水。
5、冰中每个水分子都按四面体方向参与形成4个O-H…O氢键。冰的熔化热为5.0kJ/mol,而冰中氢键键能为18.8kJ/mol,因此刚熔化的水中仍有大量的氢键。在4℃时,水氢键断裂(密度增大)和受热分子间距增大(密度减小)的趋势相等,因此4℃时水密度最大。这个温度对于水中生物至关重要,它保证了冬季时水中生物不至于因为水结冰而死亡。
6、分子内形成氢键常使酸性增强。如苯甲酸的Ka=96.2×10﹣12,而邻羟基苯甲酸的Ka=9.9×10-11,2,6-二羟基苯甲酸可在分子内形成两个氢键,它的Ka=5×10﹣9。其原因是分子内氢键的形成,促进了氢的解离。
7、结晶水合物中存在由氢键构建的类冰骨架,其中可装入小分子或离子,参见甲烷气水包合物。
参考资料来源:百度百科-氢键
氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合,若与电负性大的原子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形式的键,称为氢键。
氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力,它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一种电负性很大的原子(如水分子中的氧)之间的作用力。有分子间和分子内氢键两种。分子间的氢键如水、氟化氢等,因氢键的存在,大大加强了分子间的作用力,使之融沸点较高。而分子内氢键则相反,使融沸点降低。

什么是氢键

问题一:氢键的定义是什么? 30分 氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合,若与电负性大的原子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形式的键,称为氢键。

问题二:什么是氢键啊? D

问题三:氢键是怎么形成的 氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合,若与电负性大的原子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形式的键,称为氢键。(X与Y可以是同一种类原子,如水分子之间的氢键) ---百度百科

介绍氢键

氢键 Hydrogen Bonding
与电负性大的原子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。在蛋白质的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。所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度:1体积水中可溶解800体积氨气。
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、含孤对电子、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。
(5)氢键的饱和性和方向性
氢键不同于范德华引力,它具有饱和性和方向性。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。
氢键具有方向性则是由于电偶极矩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,这样可使原于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。
二、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。
三、分子内氢键
某些分子内,例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制,X-H…Y往往不能在同一直线上。
四、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NH3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,除了正常简サ腍F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。
5、氢键形成对物质性质的影响
分子间氢键使物质的熔点(m.p)、沸点(b.p)、溶解度(S)增加,分子内氢键对物质的影响则反之。
以 HF 为例, F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质子, 这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时, 产生一种特殊的分子间力 —— 氢键. 表示为···· : F-H····F-H
两个条件: 1.与电负性大且 r 小的原子(F, O, N)相连的 H ; 2. 在附近有电负性大, r 小的原子(F, O, N).
2. 氢键的特点
1°饱和性和方向性
由于 H 的体积小, 1 个 H 只能形成一个氢键.由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥, 使两个原子在 H 两侧呈直线排列. 除非其它外力有较大影响时, 才可能改变方向.
2°氢键的强度
介于化学键和分子间作用力之间, 和电负性有关.
--- F-H ···· F O — H ···· O N-H····N
E/kJ·mol-1 28.0 18.8 5.4
3. 氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时, 大大地影响了分子间的结合力, 故物质的熔点、沸点将升高. CH3CH2-OH 存在分子间氢键,而分子量相同的 H3C-O-CH3 无氢键,故前者的 b.p. 高。
HF、HCl、HBr、HI , 从范德华力考虑, 半径依次增大, 色散力增加, b.p. 高, 故 b. P. 为 HI > HBr > HCl, 但由于 HF 分子间有氢键,故 HF 的b.p. 在这里最高, 破坏了从左到右 b.p. 升高的规律. H2O, NH3 由于氢键的存在, 在同族氢化物中 b.p. 亦是最高.
H2O 和 HF 的分子间氢键很强, 以致于分子发生缔合, 以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而 (H2O)2 排列最紧密, 4℃时, (H2O)2 比例最大, 故 4℃ 时水的密度最大. 可以形成分子内氢键时, 势必削弱分子间氢键的形成. 故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高。
氢键 Hydrogen Bonding
与电负性大的原子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。在蛋白质的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。所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度:1体积水中可溶解800体积氨气。
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、含孤对电子、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。
(5)氢键的饱和性和方向性
氢键不同于范德华引力,它具有饱和性和方向性。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。
氢键具有方向性则是由于电偶极矩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,这样可使原于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。
二、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。
三、分子内氢键
某些分子内,例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制,X-H…Y往往不能在同一直线上。
四、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NH3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,除了正常简サ腍F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。
5、氢键形成对物质性质的影响
分子间氢键使物质的熔点(m.p)、沸点(b.p)、溶解度(S)增加,分子内氢键对物质的影响则反之。
以 HF 为例, F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质子, 这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时, 产生一种特殊的分子间力 —— 氢键. 表示为···· : F-H····F-H
两个条件: 1.与电负性大且 r 小的原子(F, O, N)相连的 H ; 2. 在附近有电负性大, r 小的原子(F, O, N).
2. 氢键的特点
1°饱和性和方向性
由于 H 的体积小, 1 个 H 只能形成一个氢键.由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥, 使两个原子在 H 两侧呈直线排列. 除非其它外力有较大影响时, 才可能改变方向.
2°氢键的强度
介于化学键和分子间作用力之间, 和电负性有关.
--- F-H ···· F O — H ···· O N-H····N
E/kJ·mol-1 28.0 18.8 5.4
3. 氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时, 大大地影响了分子间的结合力, 故物质的熔点、沸点将升高. CH3CH2-OH 存在分子间氢键,而分子量相同的 H3C-O-CH3 无氢键,故前者的 b.p. 高。
HF、HCl、HBr、HI , 从范德华力考虑, 半径依次增大, 色散力增加, b.p. 高, 故 b. P. 为 HI > HBr > HCl, 但由于 HF 分子间有氢键,故 HF 的b.p. 在这里最高, 破坏了从左到右 b.p. 升高的规律. H2O, NH3 由于氢键的存在, 在同族氢化物中 b.p. 亦是最高.
H2O 和 HF 的分子间氢键很强, 以致于分子发生缔合, 以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而 (H2O)2 排列最紧密, 4℃时, (H2O)2 比例最大, 故 4℃ 时水的密度最大. 可以形成分子内氢键时, 势必削弱分子间氢键的形成. 故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高。
与电负性大的原子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。

氢键是什么?求讲解!!

氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合,若与电负性大的原子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形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。[X与Y可以是同一种类分子,如水分子之间的氢键;也可以是不同种类分子,如一水合氨分子(NH3·H2O)之间的氢键]
2013年11月22日,中科院国家纳米科学中心宣布,该中心科研人员在国际上首次"拍"到氢键的"照片",实现了氢键的实空间成像,为"氢键的本质"这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。这不仅将人类对微观世界的认识向前推进了一大步,也为在分子、原子尺度上的研究提供了更精确的方法。
形成条件
在蛋白质的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,因为这样的氢键很多,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。DNA中的氢键因此,这也就成为疏水结合形成的原因。
(1) 存在与电负性很大的原子A 形成强极性键的氢原子 。
(2)存在 较小半径、较大电负性、含孤对电子、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之间的静电作用力。
(3)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。
(4)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。
(5)氢键的饱和性和方向性
氢键不同于范德华力,它具有饱和性和方向性。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。
氢键具有方向性则是由于电偶极矩A-H与原子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。
成键
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。
成键原子
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。
分类
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分子中含有负电子对并带CAP-DNA 复合物部分负电荷的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。即F-H...F。
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。所以这就导致了氨气在水中的惊人溶解度:1体积水中可溶解700体积氨气。
分子内氢键
某些分子内,例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键,还有一个苯环上连有两个羟基,一个羟基中的氢与另一个羟基中的氧形成氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制,X-H…Y往往不能在同一直线上。分子内氢键使物质熔沸点降低。分子内氢键必须具备形成氢键的必要条件,还要具有特定的条件,如:形成平面环,环的大小以五或六原子环最稳定,形成的环中没有任何的扭曲。
双氢键与Π氢键
不同分子之间还可能形成双氢键效应,写为B-H… H-A。比如H3N- BH3,而双氢键很容易脱去H2,所以双氢键也被看成氢化物脱氢的中间体。另外在大分子中往往还存在π-氢键,大π键或离域π 键体系具有较大的电子云可以作为质子的受体,而形成π-氢键,也称芳香氢键,在稳定多肽和蛋白质中也起着重要作用。
如图所示在CAP-DNA 复合物中,苯丙氨酸的芳香环和胞嘧啶形成芳香氢键(DNA interaction.Nature Struct. Biol., 3, 837-841)
键能
氢键的结合能是2-8千卡(Kcal)。氢键是一种比分子间作用力(范德华力)稍强,比共价键和离子键弱很多的相互作用。其稳定性弱于共价键和离子键。
氢键键能大多在25-40kJ/mol之间。一般认为键能<25kJ/mol的氢键属于较弱氢键,键能在25-40kJ/mol的属于中等强度氢键,而键能>40kJ/mol的氢键则是较强氢键。曾经有一度认为最强的氢键是[HF2]中的FH…F键,计算出的键能大约为169kJ/mol。而事实上,用相同方法计算甲酸和氟离子间的[HCO2H…F]氢键键能,结果要比HF2的高出大约30kJ/mol。
常见氢键的平均键能数据为:
F-H … :F (155 kJ/mol 或 40 kcal/mol)O-H … :N (29 kJ/mol 或 6.9 kcal/mol)O-H … :O (21 kJ/mol 或 5.0 kcal/mol)N-H … :N (13 kJ/mol 或 3.1 kcal/mol)N-H … :O (8 kJ/mol 或 1.9 kcal/mol)HO-H … :OH3(18 kJ/mol或 4.3 kcal/mol)
特性
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。
熔沸点
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。因为物质的熔沸点与分子间作用力有关,如果分子内形成氢键,那么相应的分子间的作用力就会减少, 分子内氢键会使物质熔沸点降低.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。
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NH3在水中的溶解度比较大,就是这个缘故。
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。
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。
影响
氢键对化合物熔点和沸点的影响
分子间形成氢键时,化合物的熔点、沸点显著升高。HF,H20和NH3等第二周期元素的氢化物,由于分子间氢键的存在,要使其固体熔化或液体气化,必须给予额外的能量破坏分子间的氢键,所以它们的熔点、沸点均高于各自同族的氢化物。
值得注意的是,能够形成分子内氢键的物质,其分子间氢键的形成将被削弱,因此它们的熔点、沸点不如只能形成分子间氢键的物质高。硫酸、磷酸都是高沸点的无机强酸,但是硝酸由于可以生成分子内氢键的原因,却是挥发性的无机强酸。可以生成分子内氢键的邻硝基苯酚,其熔点远低于它的同分异构体对硝基苯酚。
由于具有静电性质和定向性质,氢键在分子形成晶体的堆积过程中有一定作用。尤其当体系中形成较多氢键时,通过氢键连接成网络结构和多维结构在晶体工程学中有重要意义。
分子间作用力
氢键与分子间作用力概念辨析
关于氢键,论坛争论最多的在于不同笔者对氢键与分子间作用力从属关系的争论。
传统定义,将分子间作用力定义为:"分子的永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用"。随着研究的深入,发现了许多用现有分子间作用力的作用机理无法说明的现象。比如卤键,有机汞卤化物时观察到分子内卤素原子与汞原子之间存在长距离弱的共价相互作用力,从而引入二级价键力(secondary valence forces)的概念。
现在学术上,已经不再用"分子间作用力"来涵盖全部的弱相互作用,而是用更准确术语"次级键"。氢键、范德华力、盐键、疏水作用力、芳环堆积作用、卤键都统称为"次级键"。
氢键是否属于分子间作用力取决于对"分子间作用力"的定义。如果"分子间作用力"继续被狭义指代"分子的永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用"。这样氢键与分子间作用力性质也不完全相同,量子力学计算方法也不完全同……,更像并列关系,氢键就不属于分子间作用力。而我们目前国内普通化学教材、百科大辞典等,就是这个定义,就是狭义指代范德华力。
如果"分子作用力"定义指代一切分子的相互作用(这个定义也包括了长程和短程的相互作用),那么氢键也属于分子间作用力,不仅氢键属于,离子键力也属于分子间作用力。《高分子界面科学》一书,张开教授认为引力常数项可将各种极化能(偶极、诱导和氢键能)归并为一项来计算从这一角度出发,范德华力偶极矩相互作用系数可扩大范围写成静电相互作用系数。这样得到了关于静电力的广义范德华力。这样分子间相互作用的分类一些文献也有报道。《流体的热物理化学性质-对应态原理及其应用》作者项红卫教授认为分子作用势能的三个类型统称范德华力,包括定向力、诱导力和色散力,定向力来源于偶极矩产生的引力包括电荷、偶极和四级矩其相互作用由玻尔兹曼权重因子按1/kT幂指数展开可得到平均势能函数。电荷、偶极和四级矩这些类型的相互作用十分相似均可认为服从Berthelot规律。由于色散力不会产生诱导作用,实际诱导相互作用按静电力比例修正。
张季爽和申成对于HF量子计算表明,氢键的形成至少四种不同类型的相互作用,1.HF偶极矩的取向力;2.HF分子最高被占用轨道与另一分子最低空余轨道发生轨道重叠和电荷转移作用,即类共价键。3,分子间电子云的排斥作用。4.分子间的诱导偶极作用,非常微弱。氢键的本质也是静电相互作用,主要是偶极作用能和静电作用能近似可以用广义范德华力计算式计算,氢键作用是氢键力的几何平均值服从Berthelot规律。
由此来看,氢键包含"分子间作用力"集合所构成的"元素",两个集合有交集。但是氢键还具有它所不具有的特征轨道重叠与电荷转移。
超强氢键具有类似共价键本质,在学术上有争议,必须和分子间作用力加以区分。
很多弱相互作用,既存在于分子内又存在于分子间(从量子化学角度来看);而且可以向化学键转化。所以笔者建议用更严格的词汇统称为"次级键",而不再用分子间作用力来涵盖全部的弱相互作用。
另外,由于存在争议,其从属概念的辨析取决于对"分子间作用"的基本定义。而加州大学伯克利分校的John M. Prausnitz指出:"我们对分子间作用力认识远远不够,目前只局限于简单理想情况"。 笔者认为因此在基础教育,比如中学教育,不必严格区分从属关系,重点在于了解性质。无论说氢键属于或不属于分子间作用力都不算错误。要将分子间作用力和氢键概念的辨析从属关系的考试题可以从考试中剔除(考谁属于谁是没有意义的),可以休矣!学生更重要的在于了解,氢键的特性以及几何平均关系、不严格饱和性和方向性、熔沸点、溶解度影响、稳定性以及π氢键等等。因为我们对分子间作用力认识远远不够……
我们可以参见2011IUPAC对氢键的重新定义来看。
氢键是比我们以为的要更加模糊的实体。IUPAC的成员之一、印度科技大学的高塔姆·丹瑟拉朱表示:"它同明显的边界之间没有相互关系。"
丹瑟拉朱表示,这不仅仅与语义学有关。一个新的定义将对抗化学家们普遍接受的一种有关氢键什么时候、在什么地方出现的误解,并且鼓励他们思考氢键在新的环境--比如考虑到形成有机分子并采用一种以前认为不可能的反应方式下的影响。探索这条道路可能有助于我们研发出更加便宜的、更加环保的有机物,远离目前对有毒的、昂贵且包含了珍贵金属元素的催化剂的依赖。
N,O,F这三种原子的电负性较大,含有它们的分子中容易有氢键。简单的说,氢键就是分子间或分子内的一种相互作用力,就是N,O,F这三个原子与其它的H原子产生了一种力。分子间作用可提高温度性,提高沸点,分子内部的氢键则相反。
有H,不一定有氢键;
当H与F、O、N连接是才有氢键形成
链接CG和AT的键

氢键的定义是什么?

氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y(O F N等)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H?Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。
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。
氢键的结合能是2—8千卡(Kcal)。氢键是一种比分子间作用力(范德华力)稍强,比共价键和离子键弱很多的相互作用。其稳定性弱于共价键和离子键。
氢键键能大多在25-40kJ/mol之间。一般认为键能<25kJ/mol的氢键属于较弱氢键,键能在25-40kJ/mol的属于中等强度氢键,而键能>40kJ/mol的氢键则是较强氢键。曾经有一度认为最强的氢键是[HF2]中的FH?F键,计算出的键能大约为169kJ/mol。而事实上,用相同方法计算甲酸和氟离子间的[HCO2H?F]氢键键能,结果要比HF2的高出大约30kJ/mol。
扩展资料:氢键对化合物熔点和沸点的影响:
分子间形成氢键时,化合物的熔点、沸点显著升高。HF,H20和NH3等第二周期元素的氢化物,由于分子间氢键的存在,要使其固体熔化或液体气化,必须给予额外的能量破坏分子间的氢键,所以它们的熔点、沸点均高于各自同族的氢化物。
值得注意的是,能够形成分子内氢键的物质,其分子间氢键的形成将被削弱,因此它们的熔点、沸点不如只能形成分子间氢键的物质高。硫酸、磷酸都是高沸点的无机强酸,但是硝酸由于可以生成分子内氢键的原因,却是挥发性的无机强酸。可以生成分子内氢键的邻硝基苯酚,其熔点远低于它的同分异构体对硝基苯酚。
由于具有静电性质和定向性质,氢键在分子形成晶体的堆积过程中有一定作用。尤其当体系中形成较多氢键时,通过氢键连接成网络结构和多维结构在晶体工程学中有重要意义。
参考资料:百度百科-氢键

氢键的定义是什么?它属不属于化学键

与电负性大的原子X(氟、氧、氮等)共价结合的氢,若与电负性大的原子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形式的键,称为氢键。不是化学键
氢键是一种分子间或分子内的相互作用,是氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,如果与电负性大、半径小的原子Y靠近,在X和Y之间以氢为媒介,生成X-H...Y形式的相互作用,就是氢键
电负性特别大的元素与氢元素化合后,这些分子间会形成氢键。氢键不属于化学键,氢键是分子间力的一种特殊形式,不属于化学键。
有氢原子与其它原子形成的分子间作用力。不属于化学键。比化学键要弱。
氢键的定义:一个已经与电负性很强的原子相结合的
氢原子
,在遇到另一个电负性很强的
原子时
,在这个氢原子与另一个电负性很强的原子之间,会形成一种微弱的
静电引力
,这种静电引力叫做氢键。
由于这种静电引力不够强烈,“
键能
”达不到
化学键

数量级
,所以人们将它归为一种特殊的
分子间作用力
,这样是合理的,因为分子间作用力的实质也属于静电引力。
“电负性很强的原子”主要是指氮(N)、氧(O)、氟(F)三种原子,电负性是指原子核及
内层电子
,对外层电子以及
共用电子对
的吸引力的强弱,电负性的数值大小可以反映出一种元素的
非金属性
/金属性的强弱,越大则非金属性越强,越小则金属性越强。
电负性的数值最常用的是
鲍林标度
,氮为3.04,氧为3.44,氟为3.98,这三种元素的电负性可以说是最强的,当它们与氢原子成键后,共用电子对由于受到它们强烈的吸引,而使得氢原子的
电子云
变得稀疏而裸露,带有更多形式上的
正电荷
,因此当这个氢原子与另一个电负性很强的原子相遇时,就会受到它静电引力的作用,产生氢键。
氢键的种类(以“—”表示与电负性很强的原子与氢原子之间的
共价键
,以“···”表示氢键):
N—H···N;N—H···O;N—H···F;O—H···N;O—H···O;O—H···F;F—H···N;F—H···O;F—H···F。

什么是氢键

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。
2.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。
3.分子内氢键
某些分子内,例如HNO3、邻硝基苯酚分子可以形成分子内氢键。分子内氢键由于受环状结构的限制,X-H…Y往往不能在同一直线上。如图所示
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。