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科学家发现了有史以来最强的氢键
www.wforum.com | 2021-01-13 06:08:39  新浪 | 0条评论 | 查看/发表评论

  科学家们最近发现了一种全新的化学键,是有史以来最强的氢键。新型键表明,使原子结合成分子的强效共价键与分子之间形成的弱氢键之间并非泾渭分明。所谓的氢键是由氢与带负电的原子或分子之间的静电吸引作用而形成的,最著名的就是水。因为氢键的作用,常温下水是液体;温度升高,或者在水中加盐搅拌一下,就能破话氢键的联系——当然前者直观上成为气体,后者虽然在内部细节上呈现出了复杂的结构,但看起来还是同样一杯水。

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  回忆一下高中化学,之所以存在分子和晶体结构,就是因为有不同的化学键。然而,氢键一般不被看做是化学键。

  离子键将金属和非金属连接起来形成盐。强大的共价键将二氧化碳和水等分子结合在一起。

  离子键,共价键和氢键都相对稳定;它们往往会持续较长时间,并且效果显著。

  但是研究人员早就知道,在化学反应过程中,随着化学键的形成或断裂,故事就开始变得曲折,涉及所谓的“中间状态”——这种状态可能会仅存在几分之一秒,且很难被观察到。

  在最新的研究中,他们设法使这些中间状态持续了足够长的时间,发现了具有共价键强度的氢键,将原子结合在一起成为类似于分子的聚团物。

  研究人员将氟化氢化合物溶解在水中,并观察氢和氟原子的相互作用。氟原子由于其表面上正负电荷的不平衡而被氢原子吸引,这是氢键的经典结构。每个氢原子倾向于夹在两个氟原子之间。

  但是这些三明治比通常易断裂的典型氢键具有更高的强度。氢原子在氟原子之间来回反弹,形成与共价键一样强的键。

  同时,新键的机制还是静电力。

  新键的强度为每摩尔45.8千卡(化学键合能量的单位),大于某些共价键。例如,根据LibreTexts,氮分子是由两个结合在一起的氮原子组成的,键强度约为40 kcal/mol。

  1月7日的《科学》报道了这一发现。未参与这项研究的德国马克斯·普朗克聚合物研究所的Mischa Bonn和Johannes Hunger在后面的评论文章中指出,这种不寻常的键模糊了化学的清晰范畴。

  他们写道:“杂合共价氢键合状态的存在不仅挑战了我们目前对化学键的确切理解,而且还提供了更好理解化学反应的机会。”这项研究为“更深入地了解强结合性中间反应状态”推开了大门。

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