分子间力及氢键
氢键与分子间力的影响
氢键与分子间力的影响在化学领域中，氢键是一种重要的分子间力，它对于分子的结构、性质和反应有着深远的影响。
本文将探讨氢键的形成机制以及其在分子间力中的作用。
一、氢键的形成机制氢键是一种特殊的化学键，它通常发生在含有氢原子的分子与带有强电负性的原子（如氧、氮、氟等）之间。
氢键的形成需要满足两个条件：首先，氢原子与带有强电负性的原子之间的距离要适中，通常在1.5-2.5埃之间；其次，氢原子与带有强电负性的原子之间的夹角要小于180度。
氢键的形成机制可以通过电子云的重叠来解释。
当含有氢原子的分子与带有强电负性的原子相互靠近时，氢原子的电子云会被带有强电负性的原子所吸引，形成一个极性化的氢原子。
这个极性化的氢原子与带有强电负性的原子之间形成的相互作用力就是氢键。
二、氢键在分子间力中的作用氢键在分子间力中起着至关重要的作用。
首先，氢键可以稳定分子的结构。
例如，在水分子中，氢键的形成使得氧原子与两个氢原子之间形成一个稳定的三角形结构，从而使得水分子呈现出特殊的性质，如高沸点、高表面张力等。
其次，氢键可以影响分子的性质。
例如，在酒精分子中，氢键的存在使得酒精分子的沸点升高，这是因为氢键增加了酒精分子之间的吸引力，使得分子更难从液体状态转变为气体状态。
此外，氢键还可以影响分子间的反应。
氢键的存在可以改变分子的空间排列，从而影响分子间的相互作用和反应速率。
例如，在蛋白质的折叠过程中，氢键的形成和破裂起着关键的作用，决定了蛋白质的结构和功能。
三、氢键的调控与应用由于氢键在分子间力中的重要作用，科学家们一直在探索如何调控和利用氢键。
一种常见的方法是通过改变分子的结构和环境条件来调控氢键的形成和破裂。
例如，通过改变溶剂的性质、温度或压力等条件，可以改变氢键的强度和稳定性。
此外，氢键的特殊性质也被广泛应用于材料科学和药物设计中。
例如，在材料科学中，通过调控氢键的形成和破裂，可以设计出具有特定性质的材料，如高强度的纤维和柔软的凝胶。
化学键分子间作用力氢键
化学键分子间作用力氢键化学键指的是分子内原子之间的相互作用力，而分子间作用力则是指不同分子之间的相互作用。
分子间作用力一般分为三种类型：范德华力、电子偶极相互作用力和氢键。
其中氢键是分子间作用力中最为强大、常见和重要的一种。
氢键是指氢原子与较电负的原子发生作用力的一种静电相互作用力。
可以说，氢键是生命之源和物质世界的基础。
一、氢键的定义氢键是指氢原子与较电负的原子（如氮、氧和氟）上的孤对电子或π电子的相互作用力。
通俗的说，就是一个分子中的氢原子与另一个分子中的氧、氮、氟等原子之间的作用力，在分子中扮演着重要的角色。
氢键是一种独特的静电相互作用力，发生在分子之间，不同于共价键和离子键。
二、氢键的形成原理氢键的形成是因为氢原子与氧、氮、氟等元素的电负性相差较大，氢原子中心的正电荷和氧、氮、氟原子上的负电子相吸引，导致氢、氮、氧、氟之间发生静电相互作用力。
在氢键中，氢原子所带的正电性与氮、氧和氟原子上带有的负电性相互吸引形成一个小的电偶极。
因此，可以说氢键是氢与氧、氮、氟等元素之间的一种电子偶极相互作用力。
三、氢键的种类氢键根据成键方向可以分为线性氢键和非线性氢键。
线性氢键的配置形成氢键的方向是一条直线，而非线性氢键的配置则是对称的，可以是任意角度。
1. 线性氢键线性氢键是氢原子与较电负的原子上孤对电子或π电子成键的一种形态。
线性氢键通常是由两个分子之间相互作用所形成，成键的方向是成一条直线。
线性氢键除了O–H…O型的氢键外还有N–H…O型的，两者基本相同，只是其中的H原子的反应物不同。
2. 非线性氢键非线性氢键是指氢键的成键方向并不是线性，而是是不对称的。
除了H-O-H型氢键以外，有OH…π，NH…π和CH…O等类型的非线性氢键。
四、氢键在生物体系中的作用氢键在生物体系中发挥着多种多样的作用。
例如在DNA 的双螺旋结构中，两个串联的DNA链之间的成键就是O-H…O 型的氢键；在蛋白质的三维结构中，氢键是蛋白质分子内的一种重要的成键方式，涉及到蛋白质的稳定、折叠和功能性；在蛋白质与DNA相互作用后形成的复合物中，氢键也是重要的成键方式之一。
分子间力与氢键的形成与特性
分子间力与氢键的形成与特性引言：分子间力是指分子之间的相互作用力，它对于物质的性质和行为起着重要的影响。
其中，氢键作为一种特殊的分子间力，在化学和生物学领域中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨分子间力的基本概念、氢键的形成与特性，并探讨其在化学和生物学中的应用。
一、分子间力的基本概念分子间力是指分子之间的相互作用力，它可以分为两种类型：吸引力和排斥力。
吸引力包括范德华力、静电引力和氢键等，而排斥力则由分子之间的电子云重叠引起。
这些力的作用决定了物质的相态、溶解度和化学反应速率等性质。
二、氢键的形成与特性氢键是一种特殊的分子间力，它是由氢原子与较电负的原子（如氧、氮和氟）之间的相互作用形成的。
氢键的形成需要满足三个条件：氢原子与较电负原子的共价键连接、氢原子与另一个较电负原子之间的静电引力以及分子间的适当排列。
氢键通常比范德华力要强，但比共价键要弱。
氢键具有以下特性：1. 强度和方向性：氢键通常比范德华力要强，但比共价键要弱。
它的强度与氢键中的氢原子和较电负原子之间的距离有关。
此外，氢键是有方向性的，即氢原子与较电负原子之间的键是直线状的。
2. 形成与断裂动力学：氢键的形成和断裂速率较快，这使得分子在氢键的存在下可以进行快速的结构变化和反应。
3. 影响物质性质：氢键对物质的性质和行为起着重要的影响。
例如，氢键可以影响物质的沸点、溶解度和晶体结构等。
三、氢键在化学中的应用氢键在化学中有广泛的应用，以下是其中几个方面的例子：1. 溶剂效应：溶剂中的氢键可以影响化学反应的速率和平衡。
例如，在水溶液中，氢键可以促进离子的溶解和反应。
2. 分子识别：氢键可以用于分子识别和分离。
例如，通过氢键的形成，可以选择性地将某些分子从混合物中分离出来。
3. 催化反应：氢键可以在催化反应中起到重要的作用。
例如，许多酶催化的生物反应中，氢键可以稳定过渡态和中间体，从而促进反应的进行。
四、氢键在生物学中的应用氢键在生物学中也有重要的应用，以下是其中几个方面的例子：1. 蛋白质结构：氢键在蛋白质的二级结构（如α-螺旋和β-折叠）中起到关键的稳定作用。
基础化学教学课件：1.6 分子间力与氢键
分子间力与氢键
共价键的极性 分子的极性 分子间作用力
氢键
共价键的极性
非极性键
H
H
氢气（H2）
极性键
H
Cl
氯化氢（HCl）
H
H
非极性键
H
Cl
极性键
同种元素的原子之间形成的共价键一定 是非极性键。
不同种元素的原子之间形成的共价键一 定是极性键。
共价键的极性
根据电荷分布是否均匀
共价键有非极性和极性之分
饱和性
共价键H原子通常只能形成1个氢键
方向性
以H原子为中心的3个原子X－H···Y尽可能在一条直线上
③ 使物质有较高的熔沸点，更易溶于水；
④ 解释一些反常现象（冰的密度比水小）。
谢谢
研究分子极性的意义
体系的分类
研究分子极性的意义
1.影响溶解性
“相似相溶”原理
极性分子的溶质易溶于极性溶剂 非极性分子的溶质易溶于非极性溶剂中
体系的分类
研究分子极性的意义
2.影响熔沸点 相对分子质量相近的分子，分子的极 性越强，分子间的范德华力越大，物 质的熔沸点越高。
范德华力
体系的分类
范德华力
氢键
氢键
同族元素的氢化物的沸点和熔点一般随相对分子 质量的增大而增高。
HF 的沸点和熔点比HCl的沸点和熔点高
HF分子之间存在范德华力和氢键两种作用力
氢键
形成条件
氢原子与原子半径较小，电负性大的原子 （N、O、F）形成氢键。
表示方法
X—H…Y—H
氢键
氢键的特点
① 比化学键弱，但比范德华力强；
② 具有饱和性和方向性；
分子间作用力的关系
无机化学-分子间作用力和氢键
He、Ne、Ar、Kr、Xe从左到右原子半径（分子半径）依次增大，变形 性增大，色散力增强，分子间结合力增大，故b. p. 依次增高。可见，范 德华力的大小与物质的m. p.，b. p.等物理性质有关。
同类分子型物质熔、沸点比较
熔点/K
沸点/K
F2
53.6
85
Cl2
(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 ) 。
4、 氢键的特点
（a）氢键存在饱和性和方向性 ➢ 氢键的饱和性指的是每一个 X—H 只能与一个Y原子形成氢键。 只是因为H的体积较小，当形成 X—H…Y 氢键后，X和Y原子电 子云的斥力使得其它极性分子很难靠近。（H的配位数一般为2） ➢ 氢键的方向性指的是Y原子与X—H形成氢键后， X—H…Y 尽 量位于一条直线上，这样可使X和Y原子距离最远，斥力最小。
CH3CH2CH3 b.p. -44.5℃
CH3CH2CH2CH3 b.p. -0.5℃
CH3CH2CH2CH2CH3 b.p. 36℃
●正戊烷、异戊烷和新戊烷三种异构体的相对分子质量相同, 色 散力随分子结构密实程度的增大而减小,导致沸点按同一顺序下降
CH3CH2CH2CH2CH3 b.p.36 ℃
总作用力
8.5 8.75 26.00 23.11 21.14 29.60 47.31
对大多数分子来说，以色散力为主 (除极性很大且存在氢键的 分子，如H2O外)
色散力的大小既依赖于分子的大小，也依赖于分子的形状
●丙烷、正丁烷和正戊烷均为直链化合物(忽略分子形状的影响 ), 色散力随分子体积的增大而增大, 导致沸点按同一顺序升高
一、化学键、分子间作用力、氢键的比较
二、三种化学键的比较 三、四种晶体类型结构和性质的比较 1、物质熔沸点高低的比较 （1）不同晶型的物质的熔沸点高低顺序一般是：
原子晶体>离子晶体>分子晶体。 例外：MgO的熔点高于SiO2。
（2）同一晶型的物质 晶体构成微粒间的作用越强，熔沸点越高。
A、原子晶体要比较共价键的强弱。结构相似的原子晶体， 原子半径越小，共价键越强，熔沸点越高。 如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。
9、晶体中有阳离子就一定有阴离子？ 10 、如何判断共价键的极性、分子的极性？
B、离子晶体要比较离子键的强弱。结构相似的离子晶体， 离子半径越小，离子电荷数越多，离子键越强，熔沸点越高。 如熔点：MgO>NaCl
C、分子晶体：决定于分子间作用力或氢键。 组成与结构相似的分子，随相对分子质量增大，分子间力增强， 熔沸点增高。
注意： 在有机物同分异构体中，一般地说，支链数越多，熔沸点 越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷； 芳香烃及其衍生物的同分异构体的，其沸点高低顺序是 邻>间>对位化合物。
D、金属晶体 一般，金属晶体中金属离子半径越小，离子电荷数越多， 其金属阳离子与自由电子间的作用越强，金属熔沸点就越高。 如：Li、Na、Rb、Cs、Fr，其熔沸点逐渐降低。
2、由性质反推晶体类型及相关应用 例：已知有关物质的熔沸点数据如下表：
请参考上述数据回答下列问题：
(1)工业上常用电解熔融的MgCl2的方法生产金属镁，电解Al2O3 与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解MgO的方法 生产金属镁，也不用电解AlCl3的方法生产金属铝? (2)上述化合物的晶体属于离子晶体的是( ) (3)下列实验能证明某化合物属于共价化合物的是( ) A．熔融状态能导电 B．熔融状态不导电 C．水溶液能导电
分子间作用力和氢键
分子间作用力和氢键一、分子间作用力NH3、Cl2、CO2等气体，在降低温度、增大压强时，能凝结成液态或固态。
在这个过程中，气体分子间的距离不断缩短，最后由不规则运动的混乱状态转变为有规则排列的固态。
这说明物质的分子之间必定存在着某种作用力，能把它们的分子聚集在一起。
这种作用力叫做分子间作用力，又称范德华力。
我们知道，化学键是原子结合成分子时，相邻原子间强烈的相互作用，而分子间作用力与化学键比起来要弱得多。
分子间作用力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。
分子间作用力的大小，对物质的熔点、沸点、溶解度等有影响。
对于组成和结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔点、沸点也越高。
例如，卤素单质，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增大，它们的熔点、沸点也相应升高(见图1-8)，四卤化碳也有类似的情形(见图1-9)。
二、氢键前面已介绍过某些结构相似的物质随着相对分子质量的增大分子间作用力增大，以及它们的熔点和沸点也随着升高的事实。
但是有些氢化物的熔点和沸点的递变与以上事实不完全符合。
让我们来看一下图1-10。
从图上可以看出，NH3、H2O和HF的沸点反常。
例如，HF的沸点按沸点曲线的下降趋势应该在-90℃以下，而实际上是20℃；H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在-70℃以下，而实际上是100℃。
为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？这是因为它们的分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，使得它们只能在较高的温度下才能汽化。
经科学研究证明，上述物质的分子之间存在着的这种相互作用，叫做氢键。
氢键是怎样形成的呢？现在以HF为例来说明。
在HF分子中，由于F原子吸引电子的能力很强，H——F键的极性很强，共用电子对强烈地偏向F原子，亦即H原子的电子云被F原子吸引，使H原子几乎成为“裸露”的质子。
这个半径很小、带部分正电荷的H核，与另一个HF分子带部分负电荷的F原子相互吸引。
这种静电吸引作用就是氢键。
分子间力的种类
分子间力的种类分子间力（intermolecular forces）是存在于分子之间的相互作用力，它们在物质的性质和行为中起到至关重要的作用。
本文将探讨分子间力的种类、作用和影响。
首先，让我们了解分子间力的种类。
主要有三种类型的分子间力：范德华力（van der Waals forces）、氢键（hydrogen bonding）和离子键（ionic bonding）。
范德华力包括弱的法拉第力（London dispersion forces）和较强的偶极-偶极力（dipole-dipole forces）。
氢键是一种特殊的偶极-偶极力，只会发生在氢原子与高电负性原子（如氧、氮或氟）之间。
离子键则发生在带电离子之间，如氯化钠（NaCl）中的钠离子和氯离子。
范德华力是一种相对较弱的力，它是由于瞬时偶极瞬时偶极相互作用而产生的。
当电子在一个原子或分子中分布不均匀时，就会产生一个临时的偶极矩，从而影响周围的原子或分子。
这种导致分子间吸引的力是由于对称的电子分布引起的，形成了一个暂时的正负电荷分布。
偶极-偶极力是由两个常规分子中的永久偶极矩相互作用而产生的。
当分子中的正电荷和负电荷分布不对称时，就会形成一个永久的偶极矩。
然后，与另一个有偶极矩的分子相互作用，形成分子间力。
偶极-偶极力比范德华力要强，因为它们有固定的分子结构和永久的偶极矩。
氢键是一种特殊的偶极-偶极力，它发生在氢原子与带有电对的高电负性原子（如氧、氮或氟）之间。
氢原子的电子云不均匀地分布在原子核周围，因此它会更靠近电负性较大的原子。
这种极性引起了氢键的形成，使得分子间的相互作用更强。
氢键在许多物质的性质和反应中起到至关重要的作用，如水的高沸点和DNA的双螺旋结构。
离子键是由带正电荷和负电荷的离子之间的相互吸引力而产生的。
在离子晶格中，阳离子和阴离子通过电子的转移形成稳定的结构。
这种类似于磁铁吸引的吸引力是非常强大的，因此离子晶体具有高熔点和良好的导电性。
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2. 氢键的存在
（1）分子间氢键 氢键普遍存在于已经与N、O、F形成共价 键的氢原子与另外的N、O、F原子之间。 如：HF、H2O、NH3 相互之间 C2H5OH、CH3COOH、H2O相互之间 （2）分子内氢键 某些物质在分子内也可形成氢键，例如当一 个分子内同时有—CHO、—COOH、—OH等时， 可形成分子内的氢键，组成“螯合环”的特殊结 构.
请分析下表中数据
分子
CO N2
相对分 子质量 28
28
分子的 极性 极性
非极性
熔点/℃
沸点/℃
-205.05 -191.49 -210.00 -195.81
3. 影响范德华力大小的因素 （1）结构 相似 的分子，相对分子质量 越 大 ，范德华力越 大 ，熔、沸点 越 高 。 （2）相对分子质量 相同 或 相近 时，分子的极性越 大 ，范德华力 越 。 大 ，熔、沸点越 高
D. HF稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键
四卤化碳的熔沸点与相对分子质量的关系
-100
-125 -150 CH 4
GeH4
×
2
3
4
5
一些氢化物的沸点
说明在HF、 H2O、NH3分子间还 存在除范德华力之外 周期的其他作用．这种作 用就是氢键．
三、氢键及其对物质性质的影响 例如： 在HF中 F 的电负性相当大, 电子对强烈 地偏向 F, 而 H 几乎成了质子(H+), 这种 H 与另 一个HF分子中电负性相当大、半径小的F相互 接近时, 产生一种特殊的分子间力 —— 氢键.
5. 氢键对物质物理性质的影响：
（1）分子间氢键使物质熔沸点升高 （2）分子内氢键使物质熔沸点降低 （3）物质的溶解性 思考：NH3为什么极易溶于水？ NH3溶于水形成氢 键示意图如右,正是 这样，NH3溶于水 溶液呈碱性
6. 氢键的应用 我们在学习化学的过程中还有什么地 方能用氢键的知识来解释的？ (1)醇比含有相同碳原子的烃熔沸点高 (2)低级醇易溶于水 (3)HF酸是弱酸 ……
第三节 分子的性质
(第二课时)
思考
• 水分子中氢氧原子之间存在相互作用，那 么水分子之间呢？ • 为什么水较容易气化（100℃）而水却很 难分解（ 1000℃也仅有极少量分解 ）？ • Cl2、Br2、I2单质都是由分子组成的物质， 而它们的物态却是不相同的，这说明什么？
二、范德华力及其对物质性质的影响
分子 相对分子质量 范德华力(kJ/mol) 熔点/℃ 沸点/℃
HCl 36.5 21.14 -114.8 -84.9
3. 影响范德华力大小的因素 （1）结构 相似 的分子，相对分子质量 越 大 ，范德华力越 大 ，熔、沸点 越 高 。
请你说说四种 四卤化碳的熔 沸点与相对分 子质量的关系 随相对分子质 量的增大，熔 沸点升高。
4. 分子间的范德华力有以下几个特征：
（1）作用力的范围小（气态时可忽略） （2）很弱，约比化学键能小1～2个数量级， 大约只有几到几十 KJ·mol-1。 （3）影响物质的物理性质，如熔沸点等。 （4）相对分子质量越大，范德华力越大；分子 的极性越大，范德华力越大
思考： （1）将干冰气化，破坏了CO2分子 范德华力 （中、间）的 。 （2）CO2溶于水生成碳酸，破坏了CO2 分子 共价键 。 （3）解释CCl4（液体）CH4及CF4是 气体， CI4是固体的原因。
范德华力大小: CI4> CCl4 >CF4 >CH4
沸 点 /℃
100 75
H2O
50
25 0 HF H2Te NH3 H2S HCl PH3 SiH4× H2Se AsH3 HBr SbH3 HI
-25
-50 -75
×
SnH4
×
非金属元素的氢化 物在固态时是分子晶体， 其熔沸点与其分子量有 关．对于同一主族非金 属元素而言，从上到下， 分子量逐渐增大，熔沸 点应逐渐升高．而HF、 H2O、NH3却出现反常， 为什么？
1. 定义：把分子聚集在一起的作用力称范 德华力,或称分子间作用力。 请分析下表中数据
分子 范德华力 (kJ/mol) 共价键键能 (kJ/mol) HCl 21.14 431.8 HBr 23.11 366 HI 26.00 298.7
2. 特点：范德华力 很弱 ，约比化学键 能 小1-2数量级 。
讨论水的特殊性： (1)水的熔沸点比较高？ (2)水结冰后体积增大与什么有关？
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分子间 作用力
练习：
分子间普遍存在的范德华力 特殊分子间或分子内存在的氢键
（04广东）下列关于氢键的说法中正确的是
A. 每个水分子内含有两个氢键
C
B. 在所有的水蒸气、水、冰中都含有氢键
C. 分子间能形成氢键，使物质的熔沸点升高
甲醇
3. 氢键键能大小范围 氢键介于范德华力和化学键之间,是 一种较弱的作用力。
F—H---F O—H--- O N—H--- N 氢 键 键 能 (kJ/mol) 范德华力 (kJ/mol) 共价键键能 (kJ/mol 28.1 13.4 568 18.8 16.4 462.8 17.9 12.1 390.8
请分析下表中数据
单质 F2 Cl2 Br2 I2 相对分子质量 38 71 160 254 熔点/℃ -2190.6 -101.0 -7.2 113.5 HBr 81 23.11 -98.5 -67 沸点/℃ -188.1 -34.6 58.8 184.4 HI 128 26.00 -50.8 -35.4