HPSH [ 分子間作用力 - 氫鍵 ]

[分子間作用力-氫鍵]

HPSH

高中化學

各族氫化物沸點比較

7A族的氫化物，分子量判斷：

 實驗：HF >HI>HBr>HCl

6A族的氫化物 ：分子量判斷：

實驗結果：H₂O> H₂Te>H₂Se>H₂S

5A族的氫化物：分子量判斷：

實驗：SbH₃>NH₃>AsH₃>PH₃

4A族的氫化物：分子量判斷：

實驗：SnH₄>GeH₄>SiH₄>CH₄

HI>HBr>HCl>HF

H₂Te>H₂Se>H₂S>H₂O SbH₃>AsH₃>PH₃>NH₃ SnH₄>GeH₄>SiH₄>CH₄

各族氫化物沸點比較

N、O、F的氫化物其分子量雖較同族其他元素的氫化物 小，但沸點卻最高？

學習 重點

氫鍵的形成

分子內氫鍵 氫鍵對物質

性質的影響

氫鍵的形成

當H原子與 電負度最大的前三種元素

（F﹐O﹐N）鍵結時。

H的 電子被F﹐O﹐N吸引而偏向F﹐O﹐N 。

使 H帶部份正電荷﹐F﹐O﹐N帶部份負電荷﹐

此二電荷的吸引力為氫鍵。

氫鍵可視為一種偶極－偶極力，

強度：共價鍵 氫鍵 偶極－偶極力。

如圖：

＞

共價鍵 氫 鍵

X ：為 F、O、N 等電負度很大的原子，

因而使得與其鍵結的 H 原子具有半空的軌域。

Y 原子：除了必須具有高電負度外，還必須有未鍵結電子對。 Y 原子之未鍵結電子對傾向於與氫原子共用，

更加強此氫鍵強度，並使其具有方向性。

氫鍵的形成

＞ 半空的軌域 _{未鍵結電子對}

同類分子間的氫鍵

水分子間的氫鍵

每個氧原子，與4個氫形成 類似鑽石的四面體結構。

同類分子間的氫鍵

氟化氫分子間的氫鍵

氫鍵的對氫化物沸點影響

倘若H₂O不具氫鍵，

其沸點約在此處。

氫鍵的效應，使H₂O 具有異常的高沸點。

H₂O，HF 及 NH₃ 亦分別 較同族的氫化物有較高的 沸點，

而 CH₄ 則因為沒有分子間 氫鍵，

所以與同族其他氫化物相 較，並無較高沸點。

異類分子間的氫鍵

水與乙醇分子間的氫鍵

分子內的氫鍵

鄰羥基苯甲酸(柳酸)分子內的氫鍵

柳酸透過分子內氫鍵，形成一個六角環。

分子內氫鍵

分子內的氫鍵

鄰苯二酚分子內的氫鍵

鄰苯二酚透過分子內氫鍵，形成一個五角環。

分子內氫鍵

分子內的氫鍵

乙酸分子內的氫鍵？

乙酸無法形成分子內氫鍵，無法形成一個四角環。

不形成分 子內氫鍵

透過分子內氫鍵，形成一個五、六、七角環。

蛋白質的分子內氫鍵

α螺旋結構示意圖

分子內 氫鍵

C C O

O H H

R N H H

DNA的雙螺旋結構

核甘酸

雙螺旋結構示意圖 分子內

氫鍵

 使分子對水溶解度升高：有氫鍵的物質與水有較大的溶解度。

 [例]低分子量(碳數≦3)之酸(R-COOH)、醇(R-OH)、胺(R- NH₂)、醛(R-CHO)、酮(RCOR‘)易溶於水。

氫鍵對溶解度的影響

醛、酮分子間無氫鍵，但會與水產生分子間氫鍵。

與水完全互溶 20 g/100 mL水

 增加物質的黏滯性：氫鍵越多，物質的黏滯性越大。

 [例]丙三醇(甘油) C₃H₅(OH)₃、乙二醇C₂H₄(OH)₂、硫酸 H₂SO₄等為黏稠性液體。

 黏稠性：C₃H₅(OH)₃ C₂H₄(OH)₂ C₂H₅OH

氫鍵對黏度的影響

甘油有三個OH，黏稠性成油狀，當然易溶於水，可保濕。

甘油會溶於水嗎？

＞ ＞

醋酸分子的偶合

兩個醋酸分子透過一組氫鍵，形成二聚體。

丁烯二酸分子式 C₄H₄O₄ 的有順反異構物，其結構式如下：

順反異構物的分子內的氫鍵

順式丁烯二酸具有分子內氫鍵，形成七角環。

反丁烯二酸 順丁烯二酸

兩個分子間氫鍵，

一個分子內氫鍵。

四個分子間氫鍵

分子內氫鍵

丁烯二酸分子式 C₄H₄O₄ 的有順反異構物，其結構式如下：

順反異構物的熔點比較

反式丁烯二酸具有較多的分子間氫鍵，且對稱性較 佳，所以熔點高。

反丁烯二酸 順丁烯二酸

mp=135 °C mp=287 °C

冰的結構

每個氧原子，與4個氫形成類 似鑽石的四面體結構。

每6個水分子以6個O－H鍵與6 個氫鍵形成一個6邊形。

水降溫結冰的過程，由於氫鍵結構，體積膨脹，密度變小。

重點 回顧

氫鍵的形成

分子內氫鍵 氫鍵對物質

性質的影響

• 具有分子內氫鍵，形成五、六、

七角環。，

• 無法形成一個四角環。

• 蛋白質、DNA的分子內氫鍵。

• 當H原子與F﹐O﹐N鍵結時。

• F﹐O﹐N 原子之未鍵結電子 對傾向於與氫原子共用，

• 具有方向性。

• 氫鍵對溶解度、黏度的影 響。

• 醋酸分子的偶合。

• 水結冰體積膨脹。