氢键的本质特征_存在类型及其影响

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1、60化学教学2006年，第8期氢键的本质特征、存在类型及其影响谢吉麟(武汉中学，湖北武汉430061)文章编号：1005－6629(2006)08－0060－03中图分类号：O611.2B文献标识码：氢键(hydrogenbond)是一种广泛存在的分子级转移能、诱导作用与色散作用的能量。①静电作用别的弱作用力。在水及其溶液、结晶水合物，醇、能包括X-HY键的偶极与原子之间的静电吸引以及核羧基溶剂，无机酸、酸式盐、碱式盐，碳水化合氢原子与Y原子甚至XY与原子之间的静电排斥，可物、氨和氨合物、酰胺、氨基酸、蛋白质等物质中以说多数

2、氢键的本质基本上属于静电性的。②氢键氢键都扮演着重要角色。体系－⋯XHY也可以认为是一种电荷转移配合物，氢键是特殊的分子间或分子内的作用。它是由Y原子是电子给予体、－XH是电子接受体，电荷转移极性很强的－XH(键上的氢原子与另一个键可存在对于氢键能量的贡献取决于Y的电离能和－XH的电子于同一种分子或另一种分子中)上电负性很强、原子亲合能。③诱导与色散能的贡献很小。··LC半径较小的Y原子(FNO)如、、等的孤对电子之间相Allen分析了(H22O)分子中库仑吸引能与交换排斥能之互吸引而成的一种键(XH用－⋯Y)表示。一般而-

3、1和为-19kJ·mol-，电荷转移能与极化能之和为-1言，氢键的能量约在10-30kJ·mol较强于范德华-1-113kJ·mol，色散能仅为-6kJ·mol。而氢键能量-1作用力(低于10kJ·mol)而远小于通常化学键的强-1的实验值·(-22kJmol)跟库仑吸引能与交换排斥能2度(键能是10数量级)X。式中是一些电负性较大的之和最接近。除了强氢键外，离域化()即共振效应很元素原子如卤素(F，Cl)、氧(O)、氮(N)等。小。1氢键的本质与类型由于物质内部趋向于尽可能多地生成氢键以降1.1氢键的特征低体系的能量，又因

4、为氢键的“键能”小，形成的氢键与范德华作用力虽同属分子级别的弱作用空间条件较灵活，它的形成和断裂所需活化能也很力，但它却有着类似共价键的显著特征，即氢键也小；根据大量实验数据可知，在具备形成氢键条件具有一定的方向性和饱和性：一般而言，－⋯XH的固体、液体甚至气体中，都尽可能多地生成氢键，化学家们把这一规律称为形成最多氢键原理。Y的三个原子尽可能在同一直线上，因此分子间氢键[1]1.3氢键的类型具有方向性；又由于氢原子体积小，它只能与一个经结晶学、光谱学等的研究，按键的能量强度Y结合，故氢键具有饱和性。氢键可用、rd、θ等参分

5、类有两种主要的但区别不大的氢键：①弱氢键，数来表示,通常键角θ接近180°，氢键呈直线或稍通常出现在电负性次强的某些元素(N如、、ClC弯曲形。氢键又不同于一般正常的共价键，其能量等)，或存在于一些碱性化合物中，能量在·3-40kJ很小不属于相邻原子“强烈”的相互作用。通常破-1mol范围内，显著小于－XH共价键中正常的键坏含有氢键的双聚物只需要数十千焦的能量。-1能；②强氢键，主要在F-HF⋯构成中，还在许多酸表2某些气相二聚物的氢键聚合能的实验值·(kJmol)体系(HF)2(H22O)(NH)32(HCl)2(HS)2

6、2或酸式盐中电负性强的原子之间，或者有机酸阴离能量294±226±192±91±71±子中的－⋯OHO基，还可能在配位氰基酸的－⋯NH-1-1.2氢键的本质N中发现，其热力学数据表明：F+HF→ΔFHF,H=--1氢键的“键能”可能来源于静电作用能、电荷155kJ·molH22O+HOH→HO⋯HOH冰，ΔH=-252006年，第8期问题解答与讨论61-1kJ·mol。即高中化学教材中强调的当氢原子与电极化双键或芳香环体系之间形成：负性大且原子半径小的原子如(FO、、N)相结合氯仿(CHCl3)在苯中的溶解度明显比1,1,1

7、,-三氯时，可以形成相当强的氢键。乙烷(CCl3CH33)的大，正是由于CHCl的氢原子与苯如果依存在的方式分类，氢键还可区分为：环的共轭电子形成氢键：(1)分子内氢键，如在苯酚邻位上有(5)另外在一些晶体中，在一定温OHCl-OH、-NO2、-CHO、-COOH等基团O度时可能发生氢键的重新取向作用。ClClCOHC时可形成类似邻羟基苯甲酸的环状氢这时晶型有所改变，其它物理性质也会有改变。例如KHPO晶体低于H键，这种氢键不是直线形的。此类氢键使得同一分24子个体“内聚力”较大，自身成独立体系，而与其123K时结构整齐，高

8、于123K时结构混3-它分子之间仅存微弱的范德华力，所以此类物质熔乱，是由于POH4外的原子改变位置所造成的。沸点较低，汽化热和升华热减小；也常影响其溶解2氢键影响的实例度，如邻硝基苯酚比相应的间位、对位的更不容易2.1水的特殊性质溶于水却较多溶于非极性溶剂中。因此，邻硝基苯水是极性分子，