分子间作用力和氢键

(一)分子间作用力

化学键是分子中相邻的原子(离子)之间强烈的相互作用。任何物质的分子之间还存在一种微弱作用力。我们把这种分子与分子之间的作用力称为分子间作用力。分子间作用力是由荷兰物理学家范德华首先提出来的,又称为范德华力。分子间作用力大小与分子的极性大小、相对分子质量的大小有关。但分子间的作用力与化学键相比要弱得多。分子间作用力仅对物质的物理性质有一定的影响。如熔点、沸点、溶解度等。

(二)氢键

人们在研究同主族非金属元素氢化物的熔、沸点变化规律时发现:H2O的沸点比H2S高,NH3的沸点比PH3高、HF的沸点比HCl、HBr、HI都要高。这些事实与“结构相似,相对分子质量越大的物质的熔、沸点越高”的分子间作用规律不相符。原因是在H2O、NH3、HF等分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的作用力——氢键。下面以水为例来说明什么是氢键。

水分子是极性分子,由于氧原子对电子的吸引能力很强,使氧氢键中的共用电子对强烈地被拉向氧原子一边,而偏离氢原子较远;氢原子核外只有一个电子层,这就使氢原子几乎成了一个裸露的带正电荷的原子核。这个氢原子就可以与另一个水分子中带负电荷的氧原子相吸引,使水分子之间产生较强的结合力。凡与非金属性很强的元素原子(F、O、N)形成共价键的氢原子还可以再和这些元素的已成键的另一个原子相作用,这种相互作用称为氢键。氢键是一种特殊的分子间作用力,它不是化学键,作用力比化学键弱得多,但比普通分子间作用力要略强。为区别化学键,氢键用“……”表示,如水分子间氢键可表示为:

分子间形成氢键对物质的某些物理性质会产生影响。如具有氢键的化合物的熔、沸点比没有氢键的同类化合物要高,如H2O、NH3、HF。能和水分子形成氢键的物质在水中的溶解度增大,如氨气极易溶于水,就是氨分子与水分子间可形成氢键。

氢键也可在分子内形成,如蛋白质、核酸分子内都存在氢键,可以说氢键是这些高分子化合物维持空间结构的重要作用力。