수소결합이란 무엇인가요?

수소결합의 형성

⑴ 같은 종류의 분자 사이

수소결합의 형성을 설명하기 위해 HF를 예로 들어보겠습니다. HF 분자에서는 F의 큰 전기음성도(4.0)로 인해 전자쌍이 F 원자 쪽으로 강하게 치우쳐 있는 반면, H 원자의 핵 외부에는 단 하나의 전자만 있고 그 전자 구름은 F 원자 쪽으로 이동합니다. , 거의 양성자 상태가 됩니다. 반경이 작고 내부 전자가 없는 이 부분적으로 양전하를 띤 수소 원자는 고독한 전자쌍을 가진 F 원자와 근처의 다른 HF 분자에 부분적으로 음전하를 띤 F 원자가 F ​​원자에 충분히 가까워질 수 있게 하여 정전기적 인력을 생성합니다. 이 정전기 인력은 소위 수소 결합입니다. 예를 들어, HF와 HF 사이:

⑵ 서로 다른 종류의 분자 사이

수소 결합은 같은 종류의 분자 사이뿐만 아니라 일부 다른 종류의 분자 사이에도 존재할 수 있습니다. . 예를 들어 NH3와 H2O 사이:

수소 결합 형성 조건

⑴ 전기음성도가 높은 원자 A와 강한 극성 결합을 형성하는 수소 원자

⑵ 반경이 더 작고, 전기음성도가 더 크고, 고독한 전자쌍과 부분적인 음전하를 갖는 원자 B(F, O, N)

수소 결합의 본질: 강한 극성 결합(A-H)과 사이의 정전기적 인력 고독한 전자쌍을 포함하고 부분적인 음전하를 띠는 전기 음성도가 높은 원자 B. }

⑶ 수소결합을 나타내는 일반식

수소결합을 일반식으로 쓰면 X-H...Y①로 나타낼 수 있다. 식에서 X와 Y는 F, O, N과 같이 전기음성도가 크고 원자반경이 작은 비금속 원자를 나타낸다.

X와 Y는 두 개의 동일한 요소일 수도 있고 두 개의 다른 요소일 수도 있습니다.

⑷ 수소결합의 이해

수소결합은 매우 흔하고 그에 대한 연구가 점차 심화되고 있지만, 여전히 수소결합에 대한 두 가지 다른 정의가 이해되고 있습니다.

첫 번째는 X-H...Y의 전체 구조를 수소결합이라고 부르는데, 수소결합의 결합 길이는 X와 Y 사이의 거리를 의미합니다. 예를 들어 F-H의 결합 길이를 말합니다. ..F는 오후 255시입니다.

두 번째 방법은 HY...Y를 수소 결합이라고 부르므로 H...F 사이의 거리인 163pm이 수소 결합의 결합 길이입니다. 수소결합 길이 데이터를 선택할 때 이러한 차이에 주의해야 합니다.

그러나 수소 결합 에너지에 대한 이해는 일관되며 둘 다 X-H...Y-H를 HX와 HY로 분해하는 데 필요한 에너지를 의미합니다.

2. 수소 결합의 강도

수소 결합의 강도 - 결합 강도는 결합 에너지로 표현될 수도 있습니다. 대략적으로 말하면, 수소 결합 에너지는 물질의 단위량당 HY...Y 결합을 분해하는 데 필요한 에너지를 의미합니다. 수소결합의 결합에너지는 일반적으로 42kJ·mol-1 이하로 수소결합의 결합에너지보다 훨씬 작고 분자간 힘에 가깝다. 예를 들어, 수소 결합과 물 분자의 수소 결합의 결합 에너지는 다릅니다.

게다가 수소결합의 형성과 파괴에 필요한 활성화 에너지도 작고, 형성을 위한 공간적 조건이 상대적으로 일어나기 쉽기 때문에 물질이 존재할 때 수소결합이 연속적으로 형성되고 끊어질 수 있다. 끊임없이 움직이고 있습니다.

3. 분자 내 수소 결합

HNO3 및 o-니트로페놀 분자와 같은 특정 분자는 분자 내 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 고리 구조의 제한으로 인해 분자 내 수소 결합은 종종 동일한 직선이 될 수 없습니다. 사진과 같이

4. 수소 결합 형성이 재료 특성에 미치는 영향

수소 결합은 일반적으로 물질이 액체 상태일 때 형성되지만, 형성된 후에도 일부 결정질 또는 심지어 기체 상태의 물질에서도 계속 존재할 수 있습니다. 예를 들어, 수소 결합은 기체, 액체 및 고체 HF에 존재합니다. 물, 수화물, 암모니아 화합물, 무기산 및 특정 유기 화합물과 같이 수소 결합을 형성할 수 있는 물질이 많이 있습니다. 수소 결합의 존재는 물질의 특정 특성에 영향을 미칩니다.

(1) 녹는점과 끓는점

분자 사이에 수소 결합이 있는 물질이 녹거나 기화할 때 순수한 분자간 힘을 극복하는 것 외에도 온도도 높아져야 합니다. 분자 사이의 수소 결합을 끊기 위해 에너지의 일부가 공급되므로 이러한 물질의 녹는 점과 끓는점은 동일한 계열의 수소화물보다 높습니다. 분자 내에서 수소결합이 형성되어 녹는점과 끓는점이 낮아지는 경우가 많습니다. 예를 들어, 분자 내 수소 결합이 있는 오르토-니트로페놀의 녹는점(45°C)은 분자 간 수소 결합이 있는 메타 녹는점(96°C)과 파라 위치 녹는점(114°C)보다 낮습니다.

(2) 용해도

극성 용매에서는 용질 분자와 용매 분자 사이에 수소 결합이 형성되면 용질의 용해도가 증가합니다. 이러한 이유로 물에 대한 HF와 HN3의 용해도는 상대적으로 큽니다.

(3) 점도

분자 사이에 수소 결합이 있는 액체는 일반적으로 점도가 더 높습니다. 예를 들어, 글리세롤, 인산, 진한 황산과 같은 폴리하이드록시 화합물은 분자 사이에 수많은 수소 결합을 형성할 수 있으며 이러한 물질은 일반적으로 점성 액체입니다.

(4) 밀도

액체 분자 사이에 수소 결합이 형성되면 일반적인 단순 HF 분자를 제외하고는 액체 HF와 같은 회합 현상이 발생할 수 있습니다. 또한 수소 결합으로 결합된 복잡한 분자(HF)도 있습니다. nHF(HF)n

여기서 n은 2, 3, 4...일 수 있습니다.

원래 물질의 화학적 성질을 바꾸지 않고 여러 개의 단순한 분자를 복잡한 분자로 연결하는 이러한 현상을 분자 결합이라고 합니다. 분자 결합의 결과는 액체의 밀도에 영향을 미칩니다.

H2O 분자 사이에도 연합 현상이 있습니다. nH2O(H2O)n

실온의 액체 물에는 단순한 H2O 분자 외에도 (H2O)2, (H2O)3,..., (H2O)n과 같은 관련 분자도 있습니다. . 온도를 낮추면 물 분자의 결합이 촉진됩니다. 온도가 0°C로 떨어지면 모든 물 분자는 얼음이라는 거대한 결합을 형성합니다.

수소 결합 형성이 재료 특성에 미치는 영향

분자간 수소 결합은 물질의 녹는점(m.p), 끓는점(b.p) 및 용해도(S)를 증가시킵니다. 수소 결합은 물질 효과의 경우 그 반대입니다.