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为什么NH3的熔沸点比H2O的熔沸点低得多?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 熔沸点 氢键
为什么 NH 3 的熔沸点比 H 2 O 的熔沸点低得多? 水和氮族元素氢化物的熔点、沸点数据见表 1 。由表 1 可知: NH3 的熔点和沸点大大高于从同族元素氢化物序列外推得到的数值。 表 1 一些氢化物的熔点、沸点数据 这是由于 NH3 分子间存在着氢键的缘故。但是, NH3 的熔沸

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为什么NH3的熔沸点比H2O的熔沸点低得多?

水和氮族元素氢化物的熔点、沸点数据见表1。由表1可知:NH3的熔点和沸点大大高于从同族元素氢化物序列外推得到的数值。

表1一些氢化物的熔点、沸点数据

为什么NH3的熔沸点比H2O的熔沸点低得多?

这是由于NH3分子间存在着氢键的缘故。但是,NH3的熔沸点却比H2O的熔沸点低得多。

一般认为,和H2O相比,氢键对NH3的影响要来得弱些。相关数据表明,冰中O—H…O氢键的作用能为18.8 kJ•mol-1,固体氨中N—H…N氢键的作用能为5.4 kJ•mol-1

据此可以认为,氢键对NH3的影响减弱很大程度上可归结于NH3分子间形成氢键的能力弱于H2O分子。

为什么固体氨和液态氨中的氢键比冰和水中的氢键弱呢?

原因有两点:一是由于N的电负性(X=3.0)比O的电负性(X=3.5)小,故N—H键的极性比O—H键的极性小,因此只有较小的生成氢键的能力。

二是因为NH3分子中只有一对孤对电子,在与其他分子的N—H基生成氢键时,这对孤对电子必须是对质子的引力的来源。

而H2O分子中的每一个氢键都有一对孤对电子。

另有文献表明,固体氨的结构比冰的结构更复杂。

在氨的晶体中,每个氮原子周围有六个最邻近的氮原子,与它各相距3.38埃,这个距离表明N—H…N(是一个弱的氢键)(较强的N—H…N键的键长是2.94~2.99埃)。

这种“结构单元”通过不对称的、非线形的氢键连接起来。和中心氮原子键合的三个氢原子分别和另外三个氨分子形成氢键。中心氨分子的氮原子又通过氢键和其他三个氨分子结合,实际上每个氮原子和六个氢原子连接,其中三个为正常的共价键,三个相当于氢键的距离(见图4)。

为什么NH3的熔沸点比H2O的熔沸点低得多?

图4固体氨结构示意图

在固体氨中,H—N—H的键角和气态氨接近,但N—H键的键长却比气态氨中明显地增长。资料显示:氨分子能形成聚合体,通式为(NH3)n(n=1~6)。其中(NH3)2呈极性,其结构中仅含一个氢键;n≥3的聚合体则为非极性,此与环状的氢键结构相符(见图5)。

为什么NH3的熔沸点比H2O的熔沸点低得多?

图5氨分子的二聚体与三聚体的结构

当固态氨熔化时,NH3中只有26%的氢键断裂;从熔点加热到沸点的过程中,只有7%的氢键断裂。

综上所述,和H2O相比,NH3有较低的熔点和沸点的原因主要有三点:

一是在氨的晶体中,虽然每个氨分子可以参与形成六个氢键(每个氨分子分享到三个氢键),但N的电负性较O的小,形成的N—H…N氢键较弱。

二是每个氨分子中只有一对孤对电子,不能形成交联网络。

三是固态氨熔化、沸腾时只有部分氢键断裂,液氨和氨气中还存在部分氢键。

(责任编辑:化学自习室)
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