氢键的作用是什么 形成氢键需要哪些条件?

2022-12-01 11:30:30

作用:

1、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接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成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,如一水合氨分子之间的氢键。

2、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、液态和固态的氟化氢中都有氢键存在。能够形成氢键的物质是很多的,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。

3、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,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。

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,因为这些结构是稳定的,所以这样的氢键很多。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。

(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…Y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。

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