一篇文章全面讲述氢元素的秘密

1. 氢键

1.概念：特殊的分子间力

2、形成条件：①H与电负性高、半径小的原子（F、O、N）相连； ② 附近有电负性高、半径小的原子（F、O、N）。 3、表示方法：X—H...Y—。

氢键 氢键是一种静电相互作用，是除范德华力之外的另一种分子间力； 氢键的大小介于化学键和范德华力之间。 它不是化学键，但有键长和键能。 氢键具有饱和性和方向性。

2.氢键的存在

1.分子间氢键。如：C2H5OH、CH3COOH、H2O、HF、NH3彼此

2、分子内氢键。例如：苯酚邻位有-CHO、-COOH、-OH、-NO2时，通过氢键形成特殊的环结构。

3.氢键强度

(1)、X—H…Y—：X、Y的电负性越大，吸引电子的能力越强，氢键越强。 例如：F的电负性最大，获得电子的能力也最强，所以FH...F是最强的氢键。

（2）氢键强度顺序：FH...F>OH...O>OH...N>NH...N（注：C原子吸引电子能力弱，一般不形成氢债券）。

4、对物质熔点和沸点的影响

分子间能形成氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。 这是因为当固体熔化或液体汽化时，除了破坏范德华力外，分子间的氢键也必须被破坏，这就需要消耗更多的能量。 。 同类化合物中，能形成分子间氢键的物质比不能形成分子间氢键的物质具有更高的熔点和沸点。 例如VIA族元素的氢化物，从H2Te、H2Se到H2S，随着相对分子量的减小，分子间作用力减小，熔点和沸点依次降低； 然而，H2O分子之间形成OH...O氢键，分子间作用力随着作用力的增大，H2O的熔点和沸点急剧升高。

分子内氢键的形成降低了物质的熔点和沸点。 例如，邻硝基苯酚、间硝基苯酚和对硝基苯酚的熔点分别为45℃、96℃和114℃。 这是由于间硝基苯酚和对硝基苯酚中存在分子间氢键，而部分氢键在熔化时必须被破坏。 ，熔点较高； 而邻硝基苯酚形成分子内氢键，但不形成分子间氢键，因此熔点较低。

5、对物质溶解度的影响

如果溶质分子和溶剂分子之间形成氢键，则溶质的溶解度将急剧增加。

例如，氨在水中的溶解度就比其他气体大。 20°C时，1体积的水吸收700体积的氨。 氨在水中的溶解度特别大，因为水分子和氨分子通过氢键相互结合，形成氨水合物； 乙醇、乙二醇、甘油等可以与水以任意比例互溶，均源于此。

如果溶质分子形成分子内氢键，则在极性溶剂中的溶解度降低，在非极性溶剂中的溶解度增大。

6.对有机化合物酸度的影响

以羧酸为例，影响羧酸酸性的因素有很多。 凡是能使羧酸阴离子比羧酸更稳定的因素都会增加羧酸的酸性； 反之，会削弱羧酸的酸性。 氢键使羧酸根阴离子更加稳定，使羧酸的酸性更强。 在质子溶剂中，如果溶剂通过氢键稳定羧酸根阴离子，也会观察到酸度增加。 例如，乙酸在不同溶剂中的pKa如表1所示。

分子内氢键的形成也会影响羧酸的酸性。 最典型的例子是邻羟基苯甲酸的酸性。 由于其羧酸根阴离子可与邻羟基形成氢键，因此阴离子的稳定性大大提高。 因此，其酸性（PKa=2.98）比对羟基苯甲酸（PKa=4.57）强得多。

7、对材料粘度和表面张力的影响

当分子间形成氢键时，分子间作用力增大，流动性降低，粘度增大。 一般来说，能形成分子间氢键的物质比不能形成分子间氢键的物质更粘。 醇和羧酸可以形成分子间氢键，但烷烃、酮和酯则不能。 因此，醇和羧酸的粘度大于相同分子量的烷烃、酮和酯。 甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物，由于分子间形成无数氢键，这些物质通常是粘稠液体。

分子内氢键对化合物粘度的影响与分子间氢键不同。 具有分子内氢键的化合物比具有分子间氢键的化合物具有更小的分子间力、更大的分子流动性和更小的粘度。 例如，邻羟基苯甲醛的粘度比对位异构体的粘度小； 硝基苯酚的异构体中，邻位异构体的粘度较小。

水的表面张力非常高，其根源还在于水分子之间的氢键。 物质表面能的大小与分子间力的大小有关，因为表面分子受到液体内部分子的吸引，向液体内部挤压。 能量高，表面趋于自动收缩，见表2。

在表中列出的液体物质中，由于水分子之间存在很强的氢键，水具有最高的表面能。 如果表面活性剂的加入破坏了表面层的氢键体系，可以降低表面能，这在工业生产中具有重要意义。

八、影响物质密度

物质的分子间力越大，分子排列越紧密，密度越大。 随着直链烷烃中碳原子数的增加，分子间作用力增大，密度增大。

分子间氢键也对化合物的密度有影响。 例如，醇可以形成分子间氢键。 低碳醇的密度比相似分子量的烷烃高。 随着分子量的增加，烃基的比例增加，阻碍分子间氢键的形成。 高碳醇的密度与分子量有关。 相似烷烃之间的差异逐渐减小。 乙二醇分子含有两个羟基，形成氢键的能力较强。 乙二醇的密度为1.113g·cm-3，高于同碳数乙醇的密度（0.789g·cm-3），也高于同碳数丙醇的密度（0.804 g·cm-3）。相似的分子量。 羧酸可以形成强氢键。 羧酸的密度高于相应的烷烃和醚的密度，并且高于相应的醇的密度。

如果液体分子之间形成氢键，就可能发生缔合现象，分子缔合的结果会影响物质的密度。 例如·nH2O(H2O)n，常温液态水中除了简单的H2O分子外，还有(H2O)2、(H2O)3、...、(H2O)n等缔合分子。

降低温度有利于水分子的缔合。

9. 氢键在生命物质中的作用

生命物质由蛋白质、核酸、糖、脂类等有机物以及水和无机盐组成。 这些物质结合在一起才具备了生命的特征，而氢键在其中起着关键的作用。 蛋白质是由一定序列的氨基酸缩合而成的多肽链分子。 它富含形成氢键的能力。 多肽主链中的NH作为质子供体，C=O作为质子受体，相互形成C=O...HN氢键，决定了蛋白质的二级结构。 在脱氧核糖核酸（DNA）分子中，两条多核苷酸链通过碱基之间的氢键配对连接（C=O...HN和C=N...HN），即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶配对(T) 形成 2 个氢键，鸟嘌呤 (G) 与胞嘧啶 (C) 配对形成 3 个氢键。 双螺旋结构的转角也通过氢键维持和加强。 稳定。 一旦氢键被破坏，分子的空间结构就会发生改变，生物生理功能就会丧失。