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分子间作用力与氢键
课程目标1了解概念掌握分子间作用力的基本定义2氢键特点理解氢键的形成条件和特性性质影响
分子间作用力概述聚集作用将分子聚集在一起的力范德华力分子间作用力的另一称呼基本特性维持物质存在的重要力量
分子间作用力的本质电性引力源于分子间电荷分布不均相对强度比化学键弱得多作用方式无方向性的吸引力
分子间作用力的存在范围分子物质由分子构成的一切物质中存在稀有气体单原子分子间也存在微弱力普遍性是自然界基本作用力之一
分子间作用力的大小影响因素分子质量相对分子质量增大，力增强分子极性极性增强，作用力增大分子结构结构决定电荷分布
相对分子质量与分子间作用力1F?最小2Cl?较小3Br?较大4I?最大
分子极性与分子间作用力电荷分布电荷分布不均匀形成极性1偶极力极性分子间产生偶极作用2力增强极性大，作用力强3实例H?O比CH?作用力大4
分子间作用力对物质性质的影响1溶解度影响溶解行为2沸点决定液体转气相温度3熔点影响固液相变温度
分子间作用力与熔点
分子间作用力与沸点
分子间作用力与溶解度相似相溶极性相近物质易互溶隔字规则极性差异大难溶解能量角度溶解需克服分子间力
氢键概述特殊作用力一种特殊的分子间作用力强度特点强于范德华力，弱于化学键重要性对物质性质影响显著
氢键的形成条件H与电负性原子H原子与F、O、N形成共价键电荷分布H原子带部分正电荷受体原子另一电负性原子作受体
氢键的表示方法标准表示X-H···Y元素限制X、Y为F、O、N点线表示点线表示氢键
氢键的特征方向性具有明确空间取向饱和性形成数量有限强度8-40kJ/mol，强于范德华力
氢键的方向性1线性排列X-H···Y尽量直线排列2能量最优直线排列静电引力最大3角度影响偏离直线降低键能
氢键的饱和性一对一X-H只与一个Y形成氢键1数量限制一个H只能形成一个氢键2网络形成多分子形成氢键网络3
氢键的类型1分子间氢键不同分子间形成2分子内氢键同一分子内部形成3区别影响对物质性质影响不同
分子间氢键定义不同分子之间形成的氢键典型例子水分子间氢键影响提高熔沸点、改变溶解性
水分子间氢键示意图
分子内氢键定义分子内部形成的氢键分子构型需要特定空间结构性质影响改变分子形状和活性
邻羟基苯甲醛分子内氢键示意图分子结构邻位羟基与醛基形成氢键空间构型形成稳定的六元环结构电子密度氢键处电子云密度变化
氢键对物质性质的影响1汽化热增大蒸发所需能量2溶解度影响极性溶剂溶解能力3沸点显著提高沸点4熔点提高熔化温度
氢键与熔点
氢键与沸点1沸点异常氢键物质沸点显著升高2能量需求断裂氢键需额外能量3规律打破氢键打破常规沸点规律
氢化物沸点变化趋势图
氢键与溶解度溶解增强氢键促进极性物质互溶实例乙醇与水互溶生物意义生物大分子溶解关键
氢键与汽化热高汽化热氢键提高汽化能量需求水的特例水汽化热异常高温度调节高汽化热有利调节温度
水的特殊性质高沸点100°C，显著高于同族高比热容4.2J/(g·℃)，极高高表面张力72.8mN/m，液体中最高
水的高沸点100°C沸点远高于同族物质-33°CNH?沸点相似分子量物质-85°CH?S沸点同主族氢化物
水的高比热容
水的高表面张力1成因水分子间氢键强度大2表现形成水滴、水膜3应用毛细现象、浮力
冰的结构六方晶系形成六边形晶格结构开放结构含有大量空隙氢键网络由氢键连接分子
冰的密度小于水的原因六方结构形成规则六边形排列空隙大结构中包含大量空间浮力现象密度小导致冰漂浮
水的相变过程1固态规则六方氢键网络2液态部分氢键断裂3气态氢键几乎完全断裂
氢键在生物大分子中的作用DNA结构维持碱基配对蛋白质折叠形成二级结构酶活性影响活性中心构型
DNA双螺旋结构中的氢键
蛋白质α-螺旋结构中的氢键螺旋稳定肽键C=O与N-H形成氢键规则排列每3.6个氨基酸一圈生物功能决定蛋白质三维结构
氢键与沸点异常
氢键与溶解度异常互溶现象乙醇水互溶1氢键形成OH与H?O间氢键2部分溶解乙醚水部分互溶3极性差异非极性基团阻碍溶解4
分子间作用力的应用色谱分离利用作用力差异分离物质吸附作用固体表面吸附气体分子表面活性润湿、清洁等日常应用
色谱分离原理1样品注入混合物进入色谱柱2相互作用组分与固定相作用力不同3分离洗脱组分按强弱顺序分离
吸附作用应用活性炭吸附有害气体硅胶吸附水分子过滤器净化空气水质
范德华力与分子晶体定义由范德华力维系的晶体键能结合能较低物理性质熔点低、硬度小
常见分子晶体冰水分子形成的晶体干冰CO?固态形式碘晶体紫色I?晶体
分子晶体的性质1硬度软，易被划伤2挥发性容易升华或熔化3导电性不导电，无自由电子4溶解性多溶于非极性溶剂
分子晶体与离子晶体的区别性质分子晶体离子晶体熔点低高硬度软硬导电性不导电熔融导电溶解性非极性溶剂极性溶剂
分子间作用力与相变固态分子规则排列1熔
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