3.4.3　氢键

1）氢键的形成和表示

当H 原子与电负性很大、原子半径很小的X 原子（如F，O，N）形成强极性的共价键时，因共用电子对向X 原子强烈偏移，使该原子带有部分负电荷，H 原子成为几乎裸露的质子，带有密度很大的正电荷。当另一个电负性大的Y 原子接近H 原子时，会产生较大的静电引力。这种作用力称为氢键。

氢键可用X—H…Y 来表示，X—H 是氢键供体，Y 是氢键受体。X，Y 可以是同种元素的原子，如F—H…F、O—H…O，也可以是不同元素的原子，如N—H…O。

形成氢键X—H…Y 的条件：第一，必须含有H 原子；第二，H 原子必须与电负性很大、原子半径很小的X 原子形成强极性的共价键；第三，形成氢键的Y 原子也必须电负性很大、原子半径小且有孤对电子。

2）氢键的类型及其对物质物理性质的影响

氢键可存在于同种分子间、不同种分子间或分子内部基团之间。因此，氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。例如，对硝基苯酚形成分子间氢键，邻硝基苯酚形成分子内氢键。

对硝基苯酚

邻硝基苯酚

氢键是一种特殊的作用力，其能量为10～30 kJ/mol，比一般范德华力大，对物质物理性质如熔点、沸点、溶解度、密度等均有较大影响。

（1）氢键对物质熔点和沸点的影响。存在分子间氢键的化合物，其熔点、沸点会大大升高。ⅣA—ⅦA 族氢化物沸点变化情况，如图3.20所示。

图3.20　氢键对氢化物沸点的影响

H2O，HF 和NH3 因为分子间形成O—H…O、F—H…F 和N—H…N 氢键，它们的沸点比同族其他元素氢化物高出许多。甲烷分子间不存在氢键，故碳族元素氢化物沸点随相对分子质量的增加而升高。

如果化合物分子内形成氢键，会使分子极性下降，熔点、沸点不但不会上升，反而会下降。例如，邻硝基苯酚可形成分子内氢键，其熔点为44～45 ℃，沸点为216 ℃；对硝基苯酚只能形成分子间氢键，不能形成分子内氢键，其熔点为114～116 ℃，沸点为279 ℃。

（2）氢键对物质溶解度的影响。在极性溶剂中，如果溶质分子和溶剂分子间存在氢键，则溶质的溶解度会大大增大。这就是甲醇、乙醇能与水以任何比例互溶的原因。如果溶质分子内形成氢键，会使其分子极性下降，按照相似相溶原理，在极性溶剂中，其溶解度会降低，而在非极性溶剂中，其溶解度会增大。间苯二酚因分子内两个羟基（—O—H）能相互形成氢键，所以其在苯中的溶解度比在水中的溶解度大得多。

课堂互动

判断下列各组分子间存在何种形式的作用力？

（1）CCl4 与CS2；（2）CCl4 与H2O；（3）H2O 与NH3；（4）HBr 气体。

一、单选题

1.水的沸点反常高的原因是分子间存在（ ）。

A.色散力 B.诱导力 C.取向力 D.氢键

2.下列分子，化学键有极性，分子也有极性的是（ ）。

A.NH3 B.SiF4 C.BF3 D.CO2

3.sp3 杂化轨道的空间构型是（ ）。

A.正三角形 B.直线形 C.正四面体 D.三角锥形

4.下列分子采取sp3 杂化方式成键的是（ ）。

A.BCl3 B.SiCl4 C.CO2 D.BeCl2

5.NH3 分子中N 原子可能采取的杂化是（ ）。

A.sp B.sp2 C.sp3 D.dsp2

6.下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子是（ ）。

A.CH4 和Br2 B.NH3 和H2O C.H2S 和CCl4 D.CO2 和HCl

7.关于共价键，下列说法不正确的是（ ）。

A.σ 键和π 键都可以单独存在

B.两个原子之间只能形成一个σ 键

C.两个原子之间能形成一个σ 键和多个π 键

D.杂化轨道既能形成σ 键也能形成π 键

二、填空题

1.3p 轨道，主量子数为________，角量子数________，可能的磁量子数为________。

2.22 号元素的电子结构是________，它属________周期________族。

3.CO2 是________分子，SO2 是________分子，BF3 是______分子，NF3 是_______分子。（填“极性”或“非极性”）

4.化学键分为________键、________键和________键。

5.原子轨道沿两核连线以“头碰头”方式重叠形成的共价键，称为________键，以“肩并肩”方式重叠形成的共价键，称为________键。

6.共价键具有________性和________性。

三、简答题

1.共价键的轨道重叠方式有哪几种？

2.举例说明什么是σ 键，什么是π 键？ 它们有哪些不同？

3.什么是氢键？ 哪些分子间易形成氢键？ 形成氢键对物质性质有哪些影响？