为什么氢键影响溶解性?

为什么氢键影响溶解性?

氢键通常是物质在液态时形成的,但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中.例如在气态、液态和固态的HF中都有氢键存在.能够形成氢键的物质是很多的,如水、水合物、氨合物、无机酸和某些有机化合物.氢键的存在,影响到物质的某些性质.
1、熔点、沸点
分子间有氢键的物质熔化或气化时,除了要克服纯粹的分子间力外,还必须提高温度,额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键,所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的熔点、沸点高.分子内生成氢键,熔、沸点常降低.例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点（45℃）比有分子间氢键的间位熔点（96℃）和对位熔点（114℃）都低.
2、溶解度
在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大.HF和NH3在水中的溶解度比较大,就是这个缘故.
3、粘度
分子间有氢键的液体,一般粘度较大.例如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物,由于分子间可形成众多的氢键,这些物质通常为粘稠状液体.
4、密度
液体分子间若形成氢键,有可能发生缔合现象,例如液态HF,在通常条件下,除了正常简サ腍F分子外,还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n.nHF(HF)n .其中n可以是2,3,4….这种由若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质化学性质的现象,称为分子缔合.分子缔合的结果会影响液体的密度.
5、氢键形成对物质性质的影响
分子间氢键使物质的熔点(m.p)、沸点(b.p)、溶解度(S)增加,分子内氢键对物质的影响则反之.
以 HF 为例,F 的电负性相当大,电子对偏向 F,而 H 几乎成了质子,这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时,产生一种特殊的分子间力 —— 氢键.表示为···· :F－H····F－H
两个条件:1.与电负性大且 r 小的原子(F,O,N)相连的 H ; 2.在附近有电负性大,r 小的原子(F,O,N).
2.氢键的特点
1°饱和性和方向性
由于 H 的体积小,1 个 H 只能形成一个氢键.由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥,使两个原子在 H 两侧呈直线排列.除非其它外力有较大影响时,才可能改变方向.
2°氢键的强度
介于化学键和分子间作用力之间,和电负性有关.
--- F－H ···· F O — H ···· O N－H····N
E/kJ·mol-1 28.0 18.8 5.4
3.氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时,大大地影响了分子间的结合力,故物质的熔点、沸点将升高.CH3CH2-OH 存在分子间氢键,而分子量相同的 H3C-O-CH3 无氢键,故前者的 b.p.高.
HF、HCl、HBr、HI ,从范德华力考虑,半径依次增大,色散力增加,b.p.高,故 b.P.为 HI > HBr > HCl,但由于 HF 分子间有氢键,故 HF 的b.p.在这里最高,破坏了从左到右 b.p.升高的规律.H2O,NH3 由于氢键的存在,在同族氢化物中 b.p.亦是最高.
H2O 和 HF 的分子间氢键很强,以致于分子发生缔合,以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在,而 (H2O)2 排列最紧密,4℃时,(H2O)2 比例最大,故 4℃ 时水的密度最大.可以形成分子内氢键时,势必削弱分子间氢键的形成.故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高.
五.氢键的表示法
R1-X H H
\ \ /
H O
∶ ∶
∶ ∶
R2-Y H H
\ \ /
H O
⑴X属于电负性大的原子,如F,O,N(Cl负电性和N相同,但Cl体积较大不易生成氢键,故Cl无氢键.)
⑵Y必须具有未共用电子对.