模糊了化學鍵的定義:科學家發現了有史以來最強的氫鍵

2021-01-21 煎蛋

科學家們最近發現了一種全新的化學鍵，是有史以來最強的氫鍵。

新型鍵表明，使原子結合成分子的強效共價鍵與分子之間形成的弱氫鍵之間並非涇渭分明。所謂的氫鍵是由氫與帶負電的原子或分子之間的靜電吸引作用而形成的，最著名的就是水。因為氫鍵的作用，常溫下水是液體；溫度升高，或者在水中加鹽攪拌一下，就能破話氫鍵的聯繫——當然前者直觀上成為氣體，後者雖然在內部細節上呈現出了複雜的結構，但看起來還是同樣一杯水。

回憶一下高中化學，之所以存在分子和晶體結構，就是因為有不同的化學鍵。然而，氫鍵一般不被看做是化學鍵。

離子鍵將金屬和非金屬連接起來形成鹽。強大的共價鍵將二氧化碳和水等分子結合在一起。

離子鍵，共價鍵和氫鍵都相對穩定；它們往往會持續較長時間，並且效果顯著。

但是研究人員早就知道，在化學反應過程中，隨著化學鍵的形成或斷裂，故事就開始變得曲折，涉及所謂的「中間狀態」——這種狀態可能會僅存在幾分之一秒，且很難被觀察到。

在最新的研究中，他們設法使這些中間狀態持續了足夠長的時間，發現了具有共價鍵強度的氫鍵，將原子結合在一起成為類似於分子的聚團物。

研究人員將氟化氫化合物溶解在水中，並觀察氫和氟原子的相互作用。氟原子由於其表面上正負電荷的不平衡而被氫原子吸引，這是氫鍵的經典結構。每個氫原子傾向於夾在兩個氟原子之間。

但是這些三明治比通常易斷裂的典型氫鍵具有更高的強度。氫原子在氟原子之間來回反彈，形成與共價鍵一樣強的鍵。
同時，新鍵的機制還是靜電力。

新鍵的強度為每摩爾45.8千卡(化學鍵合能量的單位)，大於某些共價鍵。例如，根據LibreTexts，氮分子是由兩個結合在一起的氮原子組成的，鍵強度約為40 kcal/mol。

1月7日的《科學》報導了這一發現。未參與這項研究的德國馬克斯·普朗克聚合物研究所的Mischa Bonn和Johannes Hunger在後面的評論文章中指出，這種不尋常的鍵模糊了化學的清晰範疇。

他們寫道：「雜合共價氫鍵合狀態的存在不僅挑戰了我們目前對化學鍵的確切理解，而且還提供了更好理解化學反應的機會。」這項研究為「更深入地了解強結合性中間反應狀態」推開了大門。

https://www.sciencealert.com/scientists-discover-a-new-type-of-chemical-bond-and-it-s-surprisingly-strong

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  • 化學鍵專題詳解
    1.概念：陰、陽離子通過靜電作用而形成的化學鍵。  ①成鍵微粒：活潑金屬的陽離子與活潑非金屬的陰離子。  ②成鍵本質：陰陽離子的靜電作用。2.離子化合物：由離子鍵構成的化合物。（1）活波金屬與活潑非金屬形成的化合物。如：（2）強鹼。如：NaOH、KOH等。
  • 分子間作用力和氫鍵
    ２．實質：氫鍵不是化學鍵，屬於分子間作用力的範疇．但比普通分子間作用力要強得多．３．存在：水．冰．氨．無機酸．醇等物質能形成氫鍵．４．分類：分子內氫鍵和分子間氫鍵５．影響：分子間氫鍵的形成除使物質的熔沸點升高外，對物質的溶解度．硬度等也都有影響．６．表示法：用＂X—H…Y＂表示，且三原子要在一條直線上．X、Y與H構成分子。
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  • 第三節 氫鍵
    氫鍵常在同類分子或不同類分子之間形成，叫做分子間氫鍵，如氟化氫、氨水： 　　二、氫鍵的鍵長和鍵能 　　氫鍵的鍵長是指X-H…Y中X與Y原子的核間距離。在HF締合而成的（HF）n締合分子中，氫鍵的鍵長為255pm，而共價鍵（F-H間）鍵長為92pm。由此可得出，H…F間的距離為163pm（255-92）。可見氫原子與另一個HF分子中的F原子相距是較遠的。 　　氫鍵的鍵能是指被破壞H…Y鍵所需要的能量。氫鍵的鍵能約為15-30kJ·mol-1，比一般化學鍵的鍵能小得多，和範德華力的數量級相同。氫鍵的強弱與X和Y的電負性大小有關。
  • 詳解分子間作用力和氫鍵知識點
    ２．實質：氫鍵不是化學鍵，屬於分子間作用力的範疇．但比普通分子間作用力要強得多． ３．存在：水．冰．氨．無機酸．醇等物質能形成氫鍵． ４．分類：分子內氫鍵和分子間氫鍵 ５．影響：分子間氫鍵的形成除使物質的熔沸點升高外，對物質的溶解度．硬度等也都有影響．