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分子间作用力和氢键         ★★★ 【字体:
分子间作用力和氢键
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2004-10-4    

相邻原子间的强烈作用力称为化学键,分子与分子间则有比较弱的作用力,一般在 10kJ·mol-1以下。共价键的键能是 102数量级(见表3-2),而离子键晶格能则是102103数量级(见表3-1)。极性分子是一种偶极子,具有正负两极。当它们靠近到一定距离时,就有同极相斥,异极相吸的静电引力,但这种引力比离子键的晶格能弱得多。极性分子与非极性分子之间作用力则是由极性分子偶极电场使邻近的非极性分子发生电子云变形(或电荷位移)而相互作用产生的,如O2(或N2)溶于水中,O2H2O分子间的作用力就是这种情况。非极性分子与非极性分子之间的作用力来自电子在不停运动瞬间总会偏于这一端或那一端而产生的瞬间静电引力。原子半径越大越容易产生瞬间静电引力。稀有气体是单原子分子,这是典型的非极性分子,它们的液化过程,就是靠这种瞬间静电引力。由氦(He)到氙(Xe)半径依次递增,瞬间的静电作用力也依次递增,沸点依次升高。

总之,分子间作用力是由分子之间很弱的静电引力所产生,物质的许多物理化学性质如沸点、熔点、粘度、表面张力等都与此有关。

氢键是一种特殊的分子间作用力,其能量约在10~30kJ·mol-1间。F,O, N电负性很强,与H形成的共价键显较强极性,共用电子对偏于F或O或N这边而使其为负极,H则为正极。当另外一个电负性强的原子接近H时,就会产生静电引力。氢原子和电负性强的X原子形成共价键之后,又与另外一电负性强的Y原子产生较弱的静电引力,这种作用力叫氢键。可以表示为:

X-H…Y

如第VIA族氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)的氢化物的沸点递变规律,由H2Te,H2Se到H2S,随分子量的递减,半径递减;随分子间作用力的减小,沸点递减。但分子量最小的H2O的沸点却陡然升高,见图3-7。这是因为氧的电负性很强,H2O分子间形了O-H…O氢键,所以H2O分子间作用力大于同族其他氢化物。ⅦA和VA族氢化物沸点的变化规律中,HF和NH3也显得特殊,这也是因为形成了 F-H…F和 N-H…N氢键。H2O,HF,NH3分子间的氢键,在固态、液态都存在,它们许多特性都可以用氢键概念加以解释。例如绝大多数物质的密度,总是固态大于液态的,但H2O在0℃附近的密度却是液态大于固态的。这是因为固态H2O(冰)分子间存在O-H…O氢键,使它具有空洞结构,此时冰的密度就小于水,所以冰可浮于水面。详见第4章。

用上述这些简单的无机分子为例容易说明氢键的概念,但这个概念的重要性却体现在生命化学中。生物体内存在各式各样的氢键。氨基酸是组成蛋

可形成C=O…H-N氢键。DNA双螺旋结构中也有大量氢键相连而成稳定的复杂结构。

文章录入:Leo    责任编辑:Leo 
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