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檢測儀知識百科

氟氫鍵>氧氫鍵,為什么水的沸點>氟化氫?
發布時間:2021-03-28 01:02瀏覽次數:

1. 首先考慮氫鍵的形成

氫鍵的定義是:H原子與電負性大、半徑小的原子X(N、O、F)以共價鍵結合,若同時又與電負性大、半徑小、且有孤電子對的原子Y(N、O、F)接近,則在X與Y兩個原子之間,就會以H和孤電子對為媒介,生成“X-H…Y”形式的一種特殊的分子間或分子內相互作用,稱為氫鍵。 比如,在水分子中,H和O以極性共價鍵結合,由于O的電負性遠大于H,因此O將共價鍵的電子對向自己的方向吸引,使這個共價鍵呈現強極性。這導致水分子中的H原子帶了一定的正電性(δ+),而O原子則帶了一定的負電性(δ-)。在水中氟化氫,這樣的水分子比比皆是,它們互相毗鄰,這就難免使一個水分子中帶正電性的H原子和另一個水分子中帶負電性的O原子相互靠近,O原子以自身的孤電子對去“觸碰”帶有正電性的H原子,二者形成靜電引力,這就是氫鍵。(如圖1所示)在H2O中,存在“O-H…O”的氫鍵,在HF中,也存在著“F-H…F”的氫鍵。

2.比較H2O、HF氫鍵的強弱

題目要求比較H2O、HF的熔沸點,由于二者都是分子晶體,因此必然要比較分子間作用力(包括范德華力和氫鍵),由于二者相對分子質量接近,分子的極性也相近,因此范德華力應該也相近,又由于范德華力遠弱于氫鍵,所以可以忽略對范德華力的討論。

那么就需要比較二者氫鍵的強度,看二者氫鍵的結構,“O1-H…O2”和“F1-H…F2”的差別就在于中心原子O和F上。由于F的電負性大于O,因此O1對H的吸引力弱于F1對H的吸引力,導致HF中H所呈的正電性更強,同時F2對H的吸引力強于O2。也就是說氟化氫,在HF中,H所帶的正電性更強,同時另一個HF分子的F帶的負電性也更強,那么容易理解,“F1-H…F2”中氫鍵的引力強度是強于“O1-H…O2”的。

從這個角度看,HF的分子間作用力大于H2O,那么它的沸點應該比H2O高才對,這與事實是相違背的。

實際上,這個比較是針對形成氫鍵的兩個分子而言的,但是對于一個物質來說,它內部不只有兩個分子,那么這時,大量分子之間的作用應該是單個分子作用力的總和氟化氫,所以容易想到比較水和HF中氫鍵的數量。

氟化氙化合價情況_四氫苯甲酸-四氫芐酯_氟化氫

3.比較H2O、HF氫鍵的數量

(1)在水分子中:O采取sp3雜化,其中2個雜化軌道用于與H形成σ鍵,而另2個雜化軌道分別排布著1對孤電子對,上述的2個成鍵電子對和2個孤電子對在空間均勻伸展,形成一個四面體結構(如圖2所示)。其中,每個H原子可以與其它水分子中O原子上的孤電子對形成1個氫鍵,每個O原子上的孤電子對可以與其它水分子中H原子形成1個氫鍵,那么1個水分子就可以形成4個氫鍵(如圖3所示),但是每個氫鍵都被2個水分子共用,因此1個水分子實際形成的氫鍵數量需要用均攤法計算:4÷2=2個。那么1mol水中最多形成2mol氫鍵。

(2)在HF分子中:F不雜化,3個2p軌道彼此垂直,其中2px軌道與H原子形成共價鍵,2py和2pz軌道各排布1對孤電子對(如圖4所示)。類比剛才對水分子的分析,可以想到H原子可以與其它HF分子中F原子上的孤電子對形成1個氫鍵,每個F原子上的2個孤電子對可以與其它HF分子中H原子形成2個氫鍵甲醇報警器,這樣分析,可得出“每個HF分子最多也能形成3個氫鍵”的結論。但實際上,由于空間位阻的原因,F原子上的2對孤電子對中,只有其中1對能與另一個HF分子的H原子形成1個氫鍵。也就是說每個HF分子最多也能形成2個氫鍵(如圖5所示)。再進行均攤,那么1mol HF中氫鍵的數量只有大約1mol(甚至小于1mol,其實這個數值是無法精確得到的,這只是一個定性的估計)。

4.得出結論

基于上述分析天然氣報警器,可知HF中氫鍵的強度雖強于H2O,但由于氫鍵的數量僅為H2O的一半,所以HF的熔沸點反而比H2O低。

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標簽: 氟化氫
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