第一章 第五节 分子间作用力《无机化学》教学同步课件（化学工业出版社）

第一章 第五节 分子间作用力 范德华力是分子间作用力。分子间作用力是存在于中性分子或原子之间的一种弱碱性的电性吸引力。分子间作用力只存在于分子与分子之间或惰性气体原子间的作用力，具有加和性，属于次级键。 分子间作用力有三个来源：极性分子的永久偶极矩之间的相互作用；一个极性分子使另一个分子极化，产生诱导偶极矩并相互吸引；分子中电子的运动产生瞬时偶极矩，它使邻近分子瞬时极化，后者又反过来增强原来分子的瞬时偶极矩，这种相互耦合产生静电吸引作用。 极性分子与非极性分子 在任何分子中，都有带正电的部分——原子核和带有负电的部分——电子，因此在分子中存在一个正电荷中心和一个负电荷中心。 根据正、负电荷中心重合与否，可以把分子分为极性分子和非极性分子。 正、负电荷中心不重合的是极性分子；正、负电荷中心重合的是非极性分子。 分子的极性与化学键的极性及分子的空间构型有关。如果组成分子的化学键都是非极性键或者分子的空间构型是完全对称的，则分子没有极性；如果分子中的化学键有极性键，而且分子的空间构型是不对称的，则分子具有极性。 通常用偶极矩(μ)来衡量分子极性的大小。 分子的偶极矩定义为正、负电荷中心之间的距离(d)与正、负电荷中心所带电量(q)的乘积。即： μ=q·d 偶极矩越大，分子的极性就越大，偶极矩越小，分子的极性就越小；偶极矩为零的分子就是非极性分子。 分子间作用力 化学键是分子或晶体中相邻原子或离子间的强烈作用力，其键能约为100~800kJ·mol-1。除了化学键之外，在分子之间还存在着一种较弱的作用力——分子间作用力。 分子间作用力一般只有几到几十千焦/每摩尔，比化学键的键能约小1～2个数量级。分子间作用力又称范德华力，按分子间作用力产生的原因和特性可分为取向力、诱导力和色散力。 1.取向力 取向力产生在极性分子之间。极性分子都有正、负两极，当两个极性分子相互接近时，同极相斥，异极相吸，使分子发生相对的转动，处于异极相邻的状态。 这种同极相斥、异极相吸使极性分子定向排列的过程称为取向。 已经取向的极性分子，由于静电作用互相吸引，使偶极分子进一步接近，从而使体系能量降低。这种由分子的取向而产生的分子间作用力称为取向力。分子的偶极矩越大，取向力就越大。 2.诱导力 诱导力存在于极性分子和非极性分子之间，也存在于极性分子之间。 当极性分子和非极性分子相互接近时，非极性分子受到极性分子偶极的影响，正、负电荷中心发生相对位移，从而产生诱导偶极。 非极性分子的诱导偶极与极性分子的永久偶极之间由于相互吸收而产生作用力，这种作用力称为诱导力。 同样，极性分子与极性分子相互接近时，彼此间除了取向力外，在偶极的相互影响下，每个分子也会产生诱导作用使分子偶极增强。因此诱导力也存在于极性分子之间。 3.色散力 由于分子中的电子和原子核都处在不断的运动之中，因此可使正、负电荷中心发生瞬间的相对位移，产生瞬时偶极。两个瞬时偶极必然处于异极相邻状态而相互吸引，这种由瞬时偶极而产生的作用力称为色散力。 分子的分子量越大，色散力就越大。 色散力不仅存在于非极性分子之间，也存在于非极性分子和极性分子之间，还存在于极性分子之间。 总之，在非极性分子之间只存在色散力；在极性分子和非极性分子之间存在色散力和诱导力；在极性分子之间存在色散力、诱导力和取向力；对于大多数分子来说色散力是主要的；只有极性很大的分子，取向力才占较大比例；而诱导力通常都很小。 分子间作用力普遍存在于各种分子之间，它对一些物质的物理性质(如溶解度、熔点、沸点)影响较大。 分子间作用力普遍存在于各种分子之间，它对一些物质的物理性质(如溶解度、熔点、沸点)影响较大。 氢键 从VIA和VⅡA族氢化物的沸点可以看出，在同族氢化物中一般随相对分子质量的增大，沸点升高。但H2O和HF的相对分子质量虽小，与同族氢化物比较，它们的沸点特别高，出现了反常现象。这是因为在H2O和HF分子中还存在着另一种作用力——氢键。 氢原子与电负性大、原子半径较小的X原子(F、O或N)以共价键结合后，共用电子对强烈地偏向X原子一边。几乎使氢原子成为“裸核”。 由于“裸核”体积很小，又无内层电子，它不被其他原子的电子所排斥，还能与另一个电负性大、半径较小的Y原子(F、O或N)中的孤对电子产生吸引作用，这种吸收作用称为氢键。 水分子间的氢键 氢键通常用X-H……Y表示。 X和Y可以是两种不同元素的原子，也可以是同一种元素的原子。氢键的键能在分子间力的范围内，比化学键键能小得多。但有一点却与共价键相仿，氢键也有方向性和饱和性。 氢键的方向性是指Y原子与X-H形成氢键时，尽可能使X-H……Y在同一直线上，这样可使X和Y的距离最远，两原子的电子之间斥力最小。 氢键的饱和性是指一个X-H只能与一个Y原子形成氢键。 当X-H与Y原子形成氢键X-H…