氢键的形成以及对物质性质的影响教学内容
氢键的形成以及对物质性质的影响
氢键的形成以及对物质性质的影响090901135 姚瑶摘要：本文主要论述了氢键的本质，形成，种类以及对物质性质的影响，阐述了氢键形成的条件以及分子中存在氢键物理和化学性质的变化。
关键词：氢键，形成条件，影响在高中化学课本必修2第二章中讲微粒之间的相互作用力涉及到氢键的内容，NH3，H2O，HF等分子之间存在一种比分子间作用力稍强的相互作用，这种相互作用叫氢键。
氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子间产生的分子间作用力。
原子半径较小，非金属性很强的原子X（N，O，F）与H原子形成强极性共价键，与另一个分子中半径较小，非金属性很强的原子Y（N，O，F）产生较强的静电吸引，形成氢键，通式X-H…Y-H（X,Y可同可不同，一般为N，O，F）。
氢键可以分为分子间氢键和分子内氢键。
根据氢键的形成条件，CHF3满足氢键形成条件，但CHF3能否形成分子间氢键？形成氢键必须满足俩个基本条件，第一：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，第二：另一分子中必须有带孤对电子对，电负性大，且原子半径小的元素（如F，O，N等），因为氢原子的特点是原子半径小，结构简单，核外只有一个电子，无内层电子，它与电负性大的元素形成共价键后，电子强烈电负性大的元素一边，使氢几乎成为赤裸的质子，呈现相当强的正电负性，因此它易与另一分子中电负性大的元素接近，并产生静电吸引作用，从而形成氢键。
但分析CHF3的结构，其中的H原子是不符合形成氢键条件的，因为H是和电负性不太大的C原子相连的。
在CHF3分子中，三个F原子和C相连，F原子电负性很大，是否会由于三个F对C的作用从而诱导H有了较大的正电性而能够形成氢键呢？我们知道，若分子间形成氢键，则同类型化合物的熔沸点将出现异常现象。
因为氢键的形成会使分子间有了较强的结合力，化合物的熔点和沸点会显著升高。
如某些氢化物的沸点递变顺序：NH3>PH3>AsH3>SbH3结构和组成相似的分子型物质，沸点随分子量增大而升高，但这里却出现意外，原因是HF，H2O，NH3分子间形成了氢键。
浅析氢键及其对物质性质的影响
表 3 甲苯与甘油的粘度比较 物质 甲苯 甘油 粘度 (毫泊 , 20 e ) 5. 903 10690
). 同理 ,
) 明显大于其间位
(8 . 3 @10 ) 、 对位 ( 2. 7 @ 10 ) 异构体及苯甲酸, 酸性最强. 这是由于邻位上的羟基可以与苯甲酸根生成分 子内氢键. 除此之外 , 分子内氢键的形成还导致有机分子构象的稳定性发生变化; 某些互变异构平衡中大量烯 - 1 醇式结构的存在也与此有关; 对红外吸收也有影响, 游离的 ) OH 约在 3 600+ 3 650 cm 处吸收 , 氢键缔合 后 , 由于电偶极距增大 , 伸缩频率 ( v)移至 3 200- 3 450 cm , 峰强而宽 . 分子内氢键的形成波数降得更低 , 谱带变宽强度不增. 一般情况下 , 形成分子内氢键的物质其吸收峰不受浓度影响 , 形成分子间氢键的物质其 - 1 吸收峰随浓度增大而变强. 如顺 ) 1 , 2环戊二醇的四氯化碳稀溶液, 在 3 455 c m 处出现缔合 ) OH 伸缩峰, 此 峰在溶液高度稀释时也不消失, 可以断定分子内氢键的存在. 这是区别分子内氢键和分子间氢键较好的方法.
- 1 [ 3]
T he Ana lysis of E ffects of In ter - and Intra - m olecu la r H ydrogen Bond on the N atur e of th eM a ter ia l
LIU Yan- ling , Z HANG Zhen- bao (TheD epartm en t o f Che m istry, Lvliang Colle ge , Lishi Shanxi 033000 , China ) Abstr act: H ydrogen- bond is a k in d ofweak in teraction betw een in tramolecu la r or inter m olecu lar . This paper dea ls w ith the nature and types of hydrogen bond and the in fluences of hydrogen bonds on properties of co mpounds. In particular , th is paper illustrates th e different influ ence of Inter- and Intra- molecu lar hydrogen bond on the prop2 ert ies of the m ateria. l K ey w ord s : in fluence ; property ; hydrogen- bond 38
范德华力和氢键及其对物质性质的影响 PPT课件
H2O: O—H…O
NH3:
N—H…N
NH3和H2O： O—H…N
3.氢键的特点 (1).饱和性和方向性
a.由于 H 的体积小，1 个 H 只能形成一个氢键；
b.由于 H 的两侧电负性极大的两原子的负电排斥， 使(A — H ···B —)中A和B两个原子一般在H原子 两侧且呈直线排列。除非其它外力有较大影响时， 才改变方向。
Waals，1837~1923年)。荷兰科学家， 1910年获得诺贝尔物理奖。1837年6 月1日，生于莱顿。1873年，他获得 莱顿大学的博士学位，在论文中他 首次证明了分子体积以及分子间作 用力的存在。这种把分子聚集在一 起的作用力，叫做分子间作用力即
范德华力。
一、范德华力
1.使分子聚集在一起的作用力，其实质是电性引力。
范德华力和氢键及其对物 质性质的影响
夯实基础：
范德
华力 一、范德华力
和氢
键及
其对
物质
性质 的
二、氢键
影响
思考与交流
1、降温加压气体为什么会液化？ 2、降温时液体为什么会凝固？
—— 分子间存在一种使其聚集在一起的 作用力！
这种把分子聚集在一起的作用力，叫做 分子间作用力也称为范德华力。
资 料
范德瓦尔斯(J．D．van der
有分子内氢键 沸点： 44 － 45 ℃
(2).溶解度
若溶质与溶剂之间能形成氢键，物质的溶解度 较大。例如：NH3极易溶于水。
(3).物质的硬度
若分子之间存在氢键，物质的硬度增大！
(4).物质的密度——使物质密度反常！
例如：水的固体(冰)密度小于液体！
Why：冰的密度小于水的密度？
2.2.3氢键与物质性质+2023-2024学年高二下学期化学鲁科版(2019)选择性必修2
知识小结
氢键使物质的熔沸点显著的升高2、氢键对物质性质影响3、氢键的类型
熔沸点显著的升高
密度改变
溶解度增大
分子间氢键
分子内氢键
分子内氢键使物质熔沸点降低。
分子间氢键使物质熔沸点升高
1、氢键是一种特殊的分子间作用力，具有一定的方向性和饱和性，通常用X-H...Y（X、Y原子通常为N、O、F），比范德华力强，但远远小于化学键。
探究一
化学键键能键能：反映了化学键的强弱，表示原子间重新组合时，旧化学键断裂或新化学键形成所需的能量大小
不影响物质的物理性质
水、氨气、氟化氢分子熔沸点的反常现象
科学数据显示
在水分子、氟化氢分子、氨气分子间均存在“缔合”现象，如下图所示
表1 水、氟化氢、氨气分子的沸点
氢键使物质的熔沸点显著的升高
氢键为一种特殊的分子间作用力
氢化物的沸点
氢键数目对物理性质有影响
试着画出下列物质中的氢键
由于分子间氢键空间位阻较大，一般认为只存在分子内氢键
由于分子内氢键空间距离较大，一般认为只存在分子间氢键
氢键的类型
分子内氢键
分子间氢键
分子间氢键使物质熔沸点升高，分子内氢键使物质熔沸点降低。
氢键的广泛存在
例子
氢键
(HF)n
F-H···F
氢键的形成
DNA双螺旋结构中的氢键
化学键＞氢键＞范德华力
分子内作用力
分子间作用力
观察分析，氢键与化学键、范德华力的强弱
氢键是一种较强的分子间作用力，比范德华力强，但远远小于化学键。
氢键与化学键、范德华力
问题2：为什么水结成冰后体积变大？根据热胀冷缩，冰的密度不应该比水大么？
氢键的形成及其对物质性质的影响
氢键的形成及其对物质性质的影响作者：张进来源：《新课程·教育学术》2010年第04期摘要:物质由原子、分子和离子等微观粒子组成,而使原子、分子和离子相互聚集在一起形成宏观物质的作用力有离子键、共价键、金属键和分子间作用力,除此之外还有一类特殊的分子间作用力——氢键。
由于氢键的存在,导致物质表现出很多特殊的性质,本文就简单介绍氢键的形成及其对物质性质的影响。
关键词:氢键电负性键长键能根据元素周期律:物质的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化,我们推测各主族元素所形成的同类型气态氢化物中,核电荷数最小的沸点应最低,然而第ⅤA、ⅥA、ⅦA三个主族的元素却并非如此:从表中可以看出,NH3、H2O和HF的熔沸点反常的高,这是为什么呢?原来与负电性极强的元素X(如F、O、N等)相结合的氢原子,会和另一分子中电负性极强的原子Y之间,产生以氢为引力而形成一类特殊的分子间作用力——氢键。
氢键的存在直接影响分子的结构,构象、性质与功能,因此研究氢键对认识物质具有特殊的意义。
一、氢键的形成及表示方法1.氢键的形成与电负性极强的元素X(如F、O、N等)相结合的氢原子,由于X的电负性很大,吸引电子能力很强,使氢原子变成一个几乎没有电子云的“裸露”的质子而带部分正电荷,它的半径特别小,电场强度很大,又无内层电子,可以允许另一个电负性大,半径小且有孤对电子的Y原子充分接近它,从而产生强烈的静电相互作用而形成氢键。
即形成氢键须符合以下两个条件:(1)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。
(2)分子中必须有带孤对电子,电负性大,原子半径小的元素(一般为F、O、N)。
能够形成氢键的物质是很广泛的,如水、醇、胺、羧酸、无机酸、水合物、氨合物、蛋白质、脂肪等。
氢键能存在于晶态、液态、甚至于气态之中。
2.氢键的表示方法氢键结合的情况如果写成通式,可用X-H…Y表示,X和Y可以相同,亦可不同。
二、氢键的特点氢键基本上还是属于静电吸引作用,它有以下特点:1.键长大氢键的键长一般较大,如:O-H之间的距离为99pm,O-H…O之间的距离为276pm,所以液态水中氢键键长为177pm;F-H…F之间的距离为255pm,F-H之间的距离为92pm,所以HF中氢键键长为163pm。
341范德华力氢键(教师版)-2022-2023学年高二化学讲义(苏教2019选择性必修2)
第四单元分子间作用力分子晶体第1课时范德华力氢键目标导航1．了解范德华力的实质及对物质的影响。
2．了解氢键的实质、特点、形成条件及对物质性质的影响。
知识精讲知识点01 范德华力1．分子间作用力(1)概念：将分子聚集在一起的作用力称为分子间作用力。
(2)存在：共价分子间都存在分子间作用力。
(3)特点：分子间作用力本质上是一种静电作用，比化学键弱得多。
(4)分类：范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。
2．范德华力(1)存在：范德华力是一种普遍存在于固体、液体和气体分子之间的一种作用力。
(2)特点：与共价键相比，范德华力较小，一般没有饱和性和方向性。
(3)影响因素：①分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。
②组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大。
(4)对物质性质的影响：主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。
①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。
②溶质与溶剂分子间的范德华力越大，物质的溶解度越大。
【即学即练1】HCl、HBr、HI三种物质的热稳定性顺序是__________，熔、沸点高低顺序是_______________，请说明原因。
答案：HCl>HBr>HI HI>HBr>HCl因为键能HCl>HBr>HI，因此热稳定性顺序是HCl>HBr>HI；HCl、HBr、HI是结构相似的3种分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
知识点02 氢键1．氢键的形成和表示H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y之间形成氢键，通常用X—H…Y表示。
上述X、Y通常指N、O、F等。
2．氢键的特点(1)氢键可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部。
(2)氢键比化学键弱，比范德华力强。
(3)氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。
3．氢键对物质物理性质的影响(1)含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点。
键的极性与分子的极性范德华力和氢键及其对物质性质的影响
(氢2)键范及德其中华对力存物主质要在性影质响氢的物影质键响的物的理是性质H,范2德O华分力越子大,物之质的间熔,、氮沸点族越元高。素氢化物中存在氢键的是 NH 分子之间。 ②若中心原子有孤电子对,则为极性分子;若无孤电子对,则为非极性分子。
卤间族。元素氢化3物中存在氢键的是HF分子之间,氧族元素氢化物中存在氢键的是H2O分子之间,氮族元素氢化物中存间普遍存在的作用力称为范德华力。范德华力约比化学键 的键能小1~2个数量级。 2.性质 (1)结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大;分子的极 性越大,范德华力也越大。 (2)范德华力主要影响物质的物理性质,范德华力越大,物质的熔、 沸点越高。
一二三
Cl2、Br2、I2均为第ⅦA族元素的单质,它们的组成和化学性质相似, 你能解释常温下它们的状态分别为气体、液体、固体的原因吗?
作用 分子或原子 氢原子和电负性很大的原子
粒子 (稀有气体) 形成的分子之间
强度 比较
共价键>氢键>范德华力
共价键
原子间通过 共用电子对 所形成的相 互作用
原子
一
二
范德华力
氢键
共价键
影响 强度 的因 素
①随着分子 极性和相对 分子质量的 增大而增大 ②组成和结 构相似的物 质,相对分子 质量越大,分 子间作用力 越大
一二三
①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,若不等则为极性分子; (1)只含有非极性键的分子一定是非极性分子,如P4。
5.存在 (2)含极性键的分子,如果分子结构是空间对称的,则为非极性分子,否则为极性分子。
能理解范德华力、分子极性对物质性质的影响。
氢键的形成条件及对物质性质的影响
氢键的形成条件及对物质性质的影响
氢键的形成是指由氢的化学键引发的一种非常特殊的相互作用，它可以创建较
大的化学稳定性，并对物质性质有一定的影响。
氢键的形成条件首先是参与键合的分子具有电负性，如水分子中的氧原子比氢
原子具有较大的电负性，其次，分子之间的距离非常接近，有利于氢原子获得借电负性较大的氧原子的电子而形成键合。
氢键的形成会对物质性质有显著的影响，首先，氢键会使化合物溶解度下降，
对它形成的化合物，溶解度将比没有氢键时更低，其次，氢键也会降低分子带电荷差。
由此，当化合物中存在氢键时，湿润条件下物料的表面张力及粘度会显著增加，因此，在物质生产和操作中，有必要消除氢键的形成，以解决分子的表面性质变化的问题，例如在润滑油中加入抗拉张剂。
总之，氢键的形成条件及其对物质性质的影响都是涉及到行业生产中较为重要
的一个方面。
一旦理解这方面的原理，可以明确解决涉及到氢键的问题，使相关产品具备优质的使用性能和加工性能，从而获得优异的生产效果。
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氢键的形成以及对物质性质的影响
氢键的形成以及对物质性质的影响
090901135 姚瑶
摘要：本文主要论述了氢键的本质，形成，种类以及对物质性质的影响，阐述了氢键形成的条件以及分子中存在氢键物理和化学性质的变化。
关键词：氢键，形成条件，影响
在高中化学课本必修2第二章中讲微粒之间的相互作用力涉及到氢键的内容，NH3，H2O，HF等分子之间存在一种比分子间作用力稍强的相互作用，这种相互作用叫氢键。
氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子间产生的分子间作用力。
原子半径较小，非金属性很强的原子X（N，O，F）与H原子形成强极性共价键，与另一个分子中半径较小，非金属性很强的原子Y（N，O，F）产生较强的静电吸引，形成氢键，通式X-H…Y-H（X,Y可同可不同，一般为N，O，F）。
氢键可以分为分子间氢键和分子内氢键。
根据氢键的形成条件，CHF3满足氢键形成条件，但CHF3能否形成分子间氢键？形成氢键必须满足俩个基本条件，第一：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，第二：另一分子中必须有带孤对电子对，电负性大，且原子半径小的元素（如F，O，N等），因为氢原子的特点是原子半径小，结构简单，核外只有一个电子，无内层电子，它与电负性大的元素形成共价键后，电子强烈电负性大的元素一边，使氢几乎成为赤裸的质子，呈现相当强的正电负性，因此它易与另一分子中电负性大的元素接近，并产生静电吸引作用，从而形成氢键。
但分析CHF3的结构，其中的H原子是不符合形成氢键条件的，因为H是和电负性不太大的C原子相连的。
在CHF3分子中，三个F原子和C相连，F原子电负性很大，是否会由于三个F对C的作用从而诱导H有了较大的正电性而能够形成氢键呢？我们知道，若分子间形成氢键，则同类型化合物的熔沸点将出现异常现象。
因为氢键的形成会使分子间有了较强的结合力，化合物的熔点和沸点会显著升高。
如某些氢化物的沸点递变顺序：NH3>PH3>AsH3>SbH3结构和组成相似的分子型物质，沸点随分子量增大而升高，但这里却出现意外，原因是HF，H2O，NH3分子间形成了氢键。
再考虑CHF3，若能形成分子间氢键，那么在CHX3的同类型化合物中也应出现沸点变化的异常现象，而通过实验数据却给出了否定答案
三卤甲烷 CHF3 CHCl3 CHBr3 CHI3
沸点 -82.2 61.7 149.5 218
CHF3的气化热为16.7KJ/mol属于一般极性分子的范德华力的作用能范围，也不显现分子间氢键的存在。
由此可知，无论从分子结构分析还是实验数据验证，都是不支持CHF3能形成分子间氢键的。
氨合物，无机酸和某些有机化合物，通常是物质在液态是形成氢键，但形成后有时也能继续存在于某些晶体甚至气态物质中。
但能形成氢键的物质中一定存在氢键吗？氢键的存在也与物质的状态有关，如液态和固态水中存在氢键，但气态水分子之间由于距离太远无法形成氢键。
氢键作为化学键以及范德华力之外的一种作用力，是一种重要的次级键。
氢键虽然是一种弱键，但由于它的存在，物质的性质出现了反常现象。
我们知道分子间氢键对物质的熔沸点有影响，分子间氢键的形成使物质的沸点和熔点升高，因为要使液体气化，必须破坏大部分分子间的氢键，这需要较多的能量；要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间的氢键。
所以，形成分子间氢键的化合物的沸点和熔点都比没有氢键的同类化合物为高。
分子内氢键的生成使物质的沸点和熔点降低，如邻位硝基苯酚的熔点为45 ℃，而间位和对位硝基苯酚的熔点分别是96 ℃和114 ℃。
这是由于间位和对位硝基苯酚中存在着分子间氢键，熔化时必须破坏其中的一部分氢键，所以它们熔点较高；但邻位硝基苯酚中已经构成内氢键，不能再构成分子间氢键了，所以熔点较低。
一体积的水可以溶解700体积的氨气，氢键的存在对氨气分子在水中的溶解度有极大影响。
在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键，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。
如果溶质分子钳环化（即形成分子内氢键），则在极性溶剂里的溶解度减小。
列如，对硝基苯酚中O-H基，能同水的氧原子缔合成氢键，促使它在水中溶解，因此溶解度大，在水蒸气不挥发。
但邻硝基苯酚的O-H基，通过氢原子能与其邻位上硝基的氧原子钳环化，即不能再同水的氢原子形成氢键，因此溶解度减小，而且易被水蒸气蒸馏出去。
另外液态分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象，列如液态HF，在通常条件下，还有通过氢键联系在一起的复杂分子（HF）n. n( 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而又不会改变物质化学性质的现象，称为分子缔合，分子缔合会影响液体的密度。
对酸性的影响。
如苯甲酸的电离常数为K，则在邻位、间位、对位上带有羟基时，电离常数依次为15.9 K、1.26K和0.44 K。
如左右两边邻位上各取代一羟基，则电离常数为800 K。
这是由于邻位上的羟基与苯甲酸根生成带氢键的稳定的阴离子，从而增加了羧基中氢原子的电离度。
氢键的存在可以影响物质的物理和化学性质。
另外由于氢键的静电作用和定向性质，在分子形成晶体堆积的过程有一定的作用。
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。
参考文献
[1]张广宏，马文霞，万会军，氢键的类型和本质[J],化学教学，2007，（07）
[2]张广宏，氢键的形成条件及物质性质的影响[J]，宁夏师范学院学报，2007，（03）。