和结构、组成有关的几个实验(1)关于氢键 此前讨论的实验主要是从化学平衡角度出发的,即使提到了结构,也是顺便捎带的。本节将专门讨论几个和结构、组成有关的实验(当然也离不开化学平衡) 。
(1)关于氢键
实验1
分别量取0.5molCHCl 3、(CH3) 2CO 、C 2H 5OH 及H 2O ,并测量其温度。然后分别混合CHCl 3和(CH3) 2CO ,C 2H 5OH 和H 2O ,搅拌并测量溶液温度所能达到的最高值。其实验结果是:前者升温9—11℃,后者升温4—5℃。
常温下这几种溶剂的热容差值不大,且两种混合液又都是(共) 1mol ,而今在两种情况下升温幅度明显不同,这是混合释热不同所引起的,显然CHCl 3和(CH3) 2CO 混合时释热更多。 已知C 2H 5OH 和H 2O 能以任何比例互相混合的现象是和它们相互间形成氢键有关,而今形成氢键的释热量不如CHCl 3和(CH3) 2CO 混合时释热多。为了说明后两者互相溶解时释热量大,当然不能用比氢键弱的分子间作用力来解释,而只能用氢键来讨论。一般教科书上介绍氢键时强调了“和氟、氧、氮结合的氢,可能形成氢键”。而在CHCl 3、(CH3) 2CO 中的氢原子都是和碳原子相结合,氧原子、氯原子也都是和碳原子相结合的,似乎没有生成氢键的前提,但不用氢键又不能解释上述实验事实。就是说还得从氢键上来考虑问题。 在CHCl 3分子中,3个Cl 原子和C 原子相连,Cl 原子是拉电子体,使和3个Cl 相连的C 原子(相对而言) 正性增强了(和CH 4中C 原子相比) ;在(CH3) 2CO 分子中,CH 3是推电子基团,因此和2个CH 3相连的C 原子的负性增强了,从而使与之相连的O 原子变得更负,这样就有可能发生下列氢键的结合Cl 3CH „„OC(CH3) 2。
这个实验的启示是,只要实验现象(在此处是释热量多少) 能够重复(偶然性被排除) ,就必然有相应的原因,即使是不能运用已经学过的理论、观点顺利地解释,也应相信实验是事实。大量历史事实表明:恰好在实验结果和现有的理论、观点有矛盾时,促使人们去修改、完善或摈弃原先的理论、观点。
在学习期间,遇到这种情况可使我们更深入理解某些问题,上述CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键就是一例。查参考资料得知:CHCl 3和(CH3) 2CO 形成1∶1化合物时释热10kJ/mol。 最后,尚需说明一个问题,在以上2个反应中都有氢键形成,为什么CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键释热量更大呢?从它们的结构上看,C 2H 5OH 和H 2O 之间形成的氢键肯定强于CHCl 3和(CH3) 2CO 之间形成的氢键,但其前者之所以释热量少是因为C 2H 5OH 和H 2O 混合释热量是:“C 2H 5OH 和H 2O 间形成氢键释热量和折散H 2O 分子间、C 2H 5OH 分子间的氢键吸热量的代数和”;而CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键释热是它和折散CHCl 3分子间、(CH3) 2CO 分子间作用力的代数和(一般分子间作用力小于氢键间力) 。
和结构、组成有关的几个实验(1)关于氢键 此前讨论的实验主要是从化学平衡角度出发的,即使提到了结构,也是顺便捎带的。本节将专门讨论几个和结构、组成有关的实验(当然也离不开化学平衡) 。
(1)关于氢键
实验1
分别量取0.5molCHCl 3、(CH3) 2CO 、C 2H 5OH 及H 2O ,并测量其温度。然后分别混合CHCl 3和(CH3) 2CO ,C 2H 5OH 和H 2O ,搅拌并测量溶液温度所能达到的最高值。其实验结果是:前者升温9—11℃,后者升温4—5℃。
常温下这几种溶剂的热容差值不大,且两种混合液又都是(共) 1mol ,而今在两种情况下升温幅度明显不同,这是混合释热不同所引起的,显然CHCl 3和(CH3) 2CO 混合时释热更多。 已知C 2H 5OH 和H 2O 能以任何比例互相混合的现象是和它们相互间形成氢键有关,而今形成氢键的释热量不如CHCl 3和(CH3) 2CO 混合时释热多。为了说明后两者互相溶解时释热量大,当然不能用比氢键弱的分子间作用力来解释,而只能用氢键来讨论。一般教科书上介绍氢键时强调了“和氟、氧、氮结合的氢,可能形成氢键”。而在CHCl 3、(CH3) 2CO 中的氢原子都是和碳原子相结合,氧原子、氯原子也都是和碳原子相结合的,似乎没有生成氢键的前提,但不用氢键又不能解释上述实验事实。就是说还得从氢键上来考虑问题。 在CHCl 3分子中,3个Cl 原子和C 原子相连,Cl 原子是拉电子体,使和3个Cl 相连的C 原子(相对而言) 正性增强了(和CH 4中C 原子相比) ;在(CH3) 2CO 分子中,CH 3是推电子基团,因此和2个CH 3相连的C 原子的负性增强了,从而使与之相连的O 原子变得更负,这样就有可能发生下列氢键的结合Cl 3CH „„OC(CH3) 2。
这个实验的启示是,只要实验现象(在此处是释热量多少) 能够重复(偶然性被排除) ,就必然有相应的原因,即使是不能运用已经学过的理论、观点顺利地解释,也应相信实验是事实。大量历史事实表明:恰好在实验结果和现有的理论、观点有矛盾时,促使人们去修改、完善或摈弃原先的理论、观点。
在学习期间,遇到这种情况可使我们更深入理解某些问题,上述CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键就是一例。查参考资料得知:CHCl 3和(CH3) 2CO 形成1∶1化合物时释热10kJ/mol。 最后,尚需说明一个问题,在以上2个反应中都有氢键形成,为什么CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键释热量更大呢?从它们的结构上看,C 2H 5OH 和H 2O 之间形成的氢键肯定强于CHCl 3和(CH3) 2CO 之间形成的氢键,但其前者之所以释热量少是因为C 2H 5OH 和H 2O 混合释热量是:“C 2H 5OH 和H 2O 间形成氢键释热量和折散H 2O 分子间、C 2H 5OH 分子间的氢键吸热量的代数和”;而CHCl 3和(CH3) 2CO 间形成氢键释热是它和折散CHCl 3分子间、(CH3) 2CO 分子间作用力的代数和(一般分子间作用力小于氢键间力) 。