得到如图22中表示的四面体排列。由于每个水分子具有相等数目的氢键给体和 受体,能够在三维空间形成氢键网络结构。因此,水分子间的吸引力比同样靠氢 键结合在一起的其他小分子要大得多(例如NH3和HF)。氨分子由3个氢给体和 个氢受体形成四面体排列,氟化氢的四面体排列只有1个氢给体和3个氢受体, 说明它们没有相同数目的氢给体和受体。因此,它们只能在二维空间形成氢键网 络结构,并且每个分子都比水分子含有较少的氢键。 图2-2四面体构型中水分子的氢键结合(虚线表示氢键,大圈和小圈分别表示氧原子 和氢原子) 如果还考虑同位素变体、水合氢离子和氢氧根离子,那么水分子间的缔合机 理就更加复杂了。水合氢离子因为带正电荷,它比非离子化的水有更大的氢键给 体潜力,氢氧根离子带负电荷,比非离子化的水有更大的氢键受体潜力(图2-3 和2-4)。 HX H CH HX 图2-3水合氢离子的结构及其和 图2-4氢氧根离子的结构和氢键结合 氢键结合的可能结构 的可能结构 (虚线表示氢键) (虚线表示氢键,HX代表溶质或水分子) 根据水在三维空间形成氢键键合的能力,可以从理论上解释水的许多性质 例如,水的热容量、熔点、沸点、表面张力和相变热都很大,这些都是因为破坏 水分子间的氢键需要供给足够的能量。水的介电常数也同样受到氢键键合的影 响。虽然水分子是一个偶极子,但单凭这一点还不能满意地解释水的介电常数的 大小。水分子之间靠氢键键合而形成的水分子簇显然会产生多分子偶极子,这将 会使水的介电常数明显增大。 冰的结构 事实上,我们对冰的结构比对水的结构了解得更透彻,因此我们首先讨论冰- 5 - 得到如图 2-2 中表示的四面体排列。由于每个水分子具有相等数目的氢键给体和 受体，能够在三维空间形成氢键网络结构。因此，水分子间的吸引力比同样靠氢 键结合在一起的其他小分子要大得多(例如NH3和HF)。氨分子由 3 个氢给体和 1 个氢受体形成四面体排列，氟化氢的四面体排列只有 1 个氢给体和 3 个氢受体， 说明它们没有相同数目的氢给体和受体。因此，它们只能在二维空间形成氢键网 络结构，并且每个分子都比水分子含有较少的氢键。 图 2-2 四面体构型中水分子的氢键结合(虚线表示氢键，大圈和小圈分别表示氧原子 和氢原子) 如果还考虑同位素变体、水合氢离子和氢氧根离子，那么水分子间的缔合机 理就更加复杂了。水合氢离子因为带正电荷，它比非离子化的水有更大的氢键给 体潜力，氢氧根离子带负电荷，比非离子化的水有更大的氢键受体潜力(图 2-3 和 2-4)。 O H + H H O H H X H X 图 2-3 水合氢离子的结构及其和 图 2-4 氢氧根离子的结构和氢键结合 氢键结合的可能结构 的可能结构 (虚线表示氢键) (虚线表示氢键，HX 代表溶质或水分子) 根据水在三维空间形成氢键键合的能力，可以从理论上解释水的许多性质。 例如，水的热容量、熔点、沸点、表面张力和相变热都很大，这些都是因为破坏 水分子间的氢键需要供给足够的能量。水的介电常数也同样受到氢键键合的影 响。虽然水分子是一个偶极子，但单凭这一点还不能满意地解释水的介电常数的 大小。水分子之间靠氢键键合而形成的水分子簇显然会产生多分子偶极子，这将 会使水的介电常数明显增大。 二、 冰的结构 事实上，我们对冰的结构比对水的结构了解得更透彻，因此我们首先讨论冰