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0.5molCHCl3、(CH3)2CO、C2H5OH及H2O，并测量其温度。然后分别混合CHCl3和(CH3)2CO，C2H5OH和H2O，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CHCl3和(CH3)2CO混合时释热更多。
　　
　　已知C2H5OH和H2O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CHCl3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CHCl3、(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CHCl3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CH4中C原子相比)；在(CH3)2CO分子中，CH3是推电子基团，因此和2个CH3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Cl3CH……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CHCl3和(CH3)2CO间形成氢键就是一例。查参考资料得知：CHCl3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CHCl3和(CH3)2CO间形成氢键释热量更大呢？从它们的结构上看，C2H5OH和H2O之间形成的氢键肯定强于CHCl3和(CH3)2CO之间形成的氢键，但其前者之所以释热量少是因为C2H5OH和H2O混合释热量是：“C2H5OH和H2O间形成氢键释热量和折散H2O分子间、C2H5OH分子间的氢键吸热量的代数和”；而CHCl3和(CH3)2CO间形成氢键释热是它和折散CHCl3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)。