化合物分子之間氫鍵數(shù)目的計算

卓穎

摘要：在高考化學(xué)試題中有一類問題是要求學(xué)生求算化合物分子之間的氫鍵數(shù)目，到底是按照電負性大的原子上的孤電子對數(shù)來計算，還是與分子中氫原子數(shù)目有關(guān)？本文從不同角度對此問題進行了分析，得出的結(jié)論是與這兩個因素中數(shù)目少的來決定。

關(guān)鍵詞：氫鍵；氫鍵鍵能；孤電子對；氫鍵數(shù)目

氫鍵是已經(jīng)以共價鍵與其他原子鍵合的氫原子與另一個原子之間產(chǎn)生的分子間作用力，是除范德華力外的另一種常見分子間作用力。通常，發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子必須是強電負性原子，如圖一所示（這些是傳統(tǒng)意義上的9種可能的氫鍵）：盡管S和Cl也能產(chǎn)生弱氫鍵；甚至在某些特定化學(xué)環(huán)境下，如氯仿分子與丙酮分子之間也會產(chǎn)生氫鍵：，但在一般化學(xué)環(huán)境中的C—H···O“氫鍵”可忽略不計。氫鍵的鍵能介乎范德華力與共價鍵鍵能之間，最高不超過40kJ·mol-1見表一：

氫鍵的研究最早源于對冰的熔點、沸點出奇地高的解釋。只要把水和氧族其他元素的氫化物一對比，就看得很清楚（見圖二），如果按照H2S、H2Se、H2Te的熔沸點變化趨勢向水外推，推測的水的熔沸點應(yīng)在-120℃至-100℃左右！按照水分子的實測極性和極化率計算上節(jié)討論的取向力、誘導(dǎo)力和色散力，求得冰中水分子間的范德華力跟用冰的其他物理性質(zhì)計算的分子間作用力小得太多，這表明水分子之間存在一種未知的力見圖三：從圖中可以看出冰晶體中水分子的取向說明這種力發(fā)生在水中鍵合的氫原子與另一個水分子的氧原子上的孤對電子之間，而且可以判斷出1mol冰中理論上的氫鍵數(shù)目為2NA個，那么對于能形成氫鍵的化合物分子之間的氫鍵數(shù)目應(yīng)該怎么計算呢？

對于一個水分子來說，氧原子上的孤對電子數(shù)目為兩對，氫原子數(shù)目為2，根據(jù)水分子的雜化軌道模型可知，氫鍵的方向與氧原子的孤對電子的取向有關(guān)，因為氫鍵像共價鍵一樣也是存在方向性和飽和性的，所以每摩爾冰中只有2NA個氫鍵。那么別的分子如何計算呢？比如HF分子、NH3分子，H3BO3分子等。根據(jù)氫鍵的方向性和飽和性，以及它們分子之間氫鍵的示意圖可以看出，HF分子、NH3分子，H3BO3分子之間的氫鍵數(shù)目分別應(yīng)該是NA、NA、3NA個，看來存在氫鍵的分子之間的氫鍵數(shù)目不僅與電負性大的原子上的孤電子對數(shù)有關(guān)，也與分子中氫原子數(shù)目有關(guān)，到底取決于哪個因素呢？從歸納來看，應(yīng)該與這兩個因素中數(shù)目少的來決定。

化合物分子一個分子中電負性大的原子上的孤電子對數(shù)分子中氫原子數(shù)目每摩爾分子之間理論上所能形成的氫鍵數(shù)目

H2O222NA

HF31NA

NH313NA

H3BO3633NA

參考文獻：

[1]無機化學(xué)上冊第四版.北京師范大學(xué).華中師范大學(xué).南京師范大學(xué)無機化學(xué)實驗室.高等教育出版社

[2]無機化學(xué)第四版.天津大學(xué)無機化學(xué)教研室.高等教育出版社

[3]無機化學(xué)下冊第三版.吉林大學(xué).武漢大學(xué).南開大學(xué)宋天佑.徐家寧.程功臻.王莉主編.高等教育出版社

（作者單位：陜西省西安交大附中710054）