化學中最容易被誤解的名詞,氫鍵說:我叫‘鍵’,但我並不‘鍵’

大家好,我就是化學中那個最容易讓大家產生誤會的‘氫鍵’。我叫‘鍵’,但我真的不‘鍵’。我是一種特殊的分子間作用力,而並不是什麼化學鍵。

可能是因為我的身體構造中有著某些類似於化學鍵的因素,所以大家才會叫我‘氫鍵’,但這絕對是一個天大的誤會。下面我就來好好地給大家解釋解釋。

化學中最容易被誤解的名詞,氫鍵說:我叫‘鍵’,但我並不‘鍵’


我姓‘氫’名‘鍵’,所以我的結構中一定是跟氫原子有關。但並不是所有的氫原子都能形成氫鍵,只有那些與電負性較高的原子結合在一起的氫原子才有可能形成氫鍵,如N、O、F原子。

當H原子與N、O或F原子形成共價鍵的時候,H原子的電子雲會因為被吸引而極大程度地偏離自己的軌道。這樣,H原子就會空出一大片軌道空間,而且也使H原子有了一定的正電性。

此時的H原子若是遇上了其他分子中電子雲密度較大又有著孤對電子的N、O、F原子,H原子的空軌道便會欣然接受了這些原子中的孤對電子,從而使雙方的分子之間聯繫在了一起。

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所以,氫鍵主要有三個特點:1、有與N、O或F直接相連的H;2、其他分子中有N、O或F;3、一般是發生在兩個分子之間(也有一些分子內氫鍵,本文暫不做說明)。

各位從上面的描述中可以看出,我的形成過程確實有點共價鍵中共用電子對的意思,但我們本質上有著明顯的不同。

我是發生在分子與分子之間,所以我是貨真價實的‘分子間作用力’;而共價鍵是發生在同個分子內不同原子之間,是一種化學鍵。

正因為我和共價鍵在構成微粒上的差異,一般要克服我的束縛只需要幾到幾十千焦的能量,而要打破1mol共價鍵往往需要幾百甚至幾千焦的能量。

因此,我雖然叫‘鍵’,其實心裡非常發虛,脆弱如斯的我怎麼敢高攀化學鍵的名頭呢?所以我只是用虛線來表示(…),而不敢用表示共價鍵用的實線(―)。

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既然是分子間作用力,氫鍵就不會牽涉到分子中原子交換(化學反應的本質)的事情,所以氫鍵並不影響物質的化學性質,而只會影響諸如物質熔沸點和溶解性等物理性質。

當然,作為一種特殊的分子間作用力,我經常還會有一些驚人之舉。比如,H2O的熔沸點比它同主族氫化物(H2S、H2Se、H2Te)都要高,這主要得益於水分子之間存在著氫鍵。

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同樣也是由於氫鍵的存在,固態水(即冰)竟然比液態水的密度要小。那是因為在冰晶體中,水分子間形成的氫鍵比液態水中形成的氫鍵多,這樣就使冰的微觀結構裡存在較大的空隙,因此,相同溫度下冰的密度比水小。這就好比你要把一堆桌椅疊放起來,你想要塞得緊湊些,但是由於桌椅腳之間相互掣肘,反而會在桌椅之間留下更大的空隙。

還有一些在水中溶解度特別大的物質,如氨氣(NH3)、乙醇(CH3CH2OH)等,都是因為它們的分子能與水分子之間形成氫鍵。

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最後,我還是要再強調一遍,我叫‘鍵’,但我並不是真的‘鍵’。其實只要你們用心地在課本中看看我,這個誤會也並不難以解開。我雖是分子間作用力的異類,卻是貨真價實的存在。所以我只擁有分子間作用力的能量和影響,能量低且隻影響物質的物理性質。

現在,你記住我了嗎?一個叫‘鍵’而不是‘鍵’的玩意兒。


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