ⅣA~ⅦA氢化物熔点、沸点递变情况见图4-32。从中我们发现,NH3、H2O、HF的熔点、沸点偏高,原因是这些分子之间除有分子间力外,还含有氢键。
氢键是指分子中与电负性很大的原子(X)以共价键相连的H原子,由于X强烈吸引价电子,致使H原子带上部分正电荷,与另一分子中电负性很大的原子Y之间形成的一种弱键作用力,表示为:X-H…Y。氢键的键长通常指X、Y原子之间的距离。
形成氢键要求X、Y电负性大,原子半径要小,且有孤对电子,能够满足此条件的原子主要有F、N、O三种原子。
氢键的键能在10~40kJ/mol范围内,远比化学键弱,比分子间力稍强,所以氢键常被看作是一种特殊的分子间力。氢键具有方向性和饱和性,形成氢键的X、Y原子尽可能远离,键角常在120°~180°之间。
分子间氢键的存在,使得物质的熔、沸点升高。如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键,则溶质的溶解度增大。氢键的存在使水具有一些反常性质,如沸点高、密度大、热容量大,凝结时发生缔合,结成巨大的缔合物——冰。
氢键不仅存在于分子间,也可以存在于分子内。如图4-33所示,邻-硝基苯酚通过分子内氢键形成一个六元环,结果邻-硝基苯酚的熔点(45℃)比对-或间-硝基苯酚(96℃或114℃)低,且在水中溶解度很小。