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氢键

1 拼音

qīng jiàn

2 注解

氢键是电负性原子和与另一个电负性原子共价结合的氢原子间形成的键,与电负性强的原子连接的氢原子趋向带部分正电。在这种形式的键中,氢原子在两个电负性原子间不等分配。与氢原子共价结合的原子为氢供体,另一个电负性原子为氢受体。在生物系统中,氢键是很普遍的,参与氢键的电负性原子是氧和氮。水分子就是通过氢键彼此缔合的。某些生物大分子(如蛋白质核酸),也含大量氢键。氢键比共价键弱。据估计,液态水中氢键的键能仅约每摩尔 45千卡,与水分子中共价H—O键比较,后者的键能为每摩尔110千卡,要少得多(键能是断裂一个键所需的能量)。

氢键是特殊的分子间或分子内的作用。它是由极性很强的A—H键上的氢原子跟另一个键(可存在于同一种分子或另一种分子中)上电负性很强、原子半径较小的B原子(如F、O、N等)的孤对电子之间相互吸引而成的一种键(A-H…B)。当电负性很大的F、O、N原子和H形成极性很强的F—H、O-H、N-H键时,它们中共用电子对基本上偏向于这些电负性大的原子一边,使H原子几乎成为“裸露”的氢核。氢核的半径很小,带δ 的氢核对另外的F、O、N原子有强烈的静电作用,这就形成氢键。氢键可以用A—H…B表示。A和B可以是同种原子,也可以是不同种原子,但都是电负性较大、半径极小的非金属原子。表示式中的实线表示共价键,虚线表示氢键。H和B两原子中心的距离就是氢键的键长。氢键的键能一般小于40kJ/mol,比共价键的键能小得多,比较接近分子间作用能。因此氢键不属于化学键,而属于一般分子间力范畴。在A—H…B中,为了使A和B原子中电子云之间斥力最小,所成氢键较强,体系较稳定,A和B应尽量距离远一些,故A—H…B必须在同一直线上。这表明氢键有方向性。另外,H的原子半径比A和B小得多。当形成A—H…B后,如再有另外的A或B靠近它们时,这个原子的电子云会受原先氢键中A、B中电子云的排斥,因此一个H原子不能再形成第二个氢键。这表明氢键具有饱和性。氢键的强弱跟A、B元素的电负性和原子半径大小有关。半径越小、电负性越大,形成的氢键越强。碳原子的电负性较小,一般不易形成氢键。氯原子的电负性虽大,但原子半径较大,因而形成的氢键也很弱。用氢键的形成可以解释水、氢氟酸、氨等沸点的反常现象,解释醇、甲酸乙酸沸点较高以及氨、低级醇易溶于水的原因。因此,氢键的形成会使化合物的性质(如熔点、沸点、溶解度发生很大变化。由于一般的糖、蛋白质、脂肪中都含有氢键,因此氢键在生物化学中有特别重要的意义。当在苯酚的邻位上有—CHO、—COOH、—OH和—NO2等基团时,酚羟基中的氢原子可能跟这些基团中的氧原子形成分子内氢键,生成螯合环。


 

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