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1、分子间作用力第1页，本讲稿共27页分子间力分子间力(Molecular Interaction)气体液化成液体，液体凝固成固体。气体液化成液体，液体凝固成固体。表明在物质分子间还存在着相互作用力，表明在物质分子间还存在着相互作用力，称为称为分子间力分子间力,或叫或叫范德华力范德华力。分子间力是决定物质的沸点、熔点、分子间力是决定物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等性质的主要因素。粘度等性质的主要因素。第2页，本讲稿共27页6-5-1 分子的极性和变形性分子的极性和变形性分子的极性分子的极性产生：产生：每个分子都由带正电的原子核和带每个分子
2、都由带正电的原子核和带负电的电子组成，由于正负电荷数量相负电的电子组成，由于正负电荷数量相等。所以整个分子是等。所以整个分子是电中性电中性的。的。电荷中心电荷中心正电荷或负电荷的集中点正电荷或负电荷的集中点.如果分子的如果分子的正电中心正电中心和和负电中心负电中心不重合在同不重合在同一点上一点上,那么分子就具有那么分子就具有极性极性。第3页，本讲稿共27页双原子分子双原子分子两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为重合，不具有极性，为非极性分子非极性分子。例例 H2+_HHHClHCl+_ 不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷不同原子组
3、成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为心不重合，为极性分子极性分子。即对即对 双原子分子：双原子分子：分子的极性取决于键的极性；分子的极性取决于键的极性；有极性键的分子一定是极性分子；有极性键的分子一定是极性分子；反之反之,极性分子一定含有极性键。极性分子一定含有极性键。第4页，本讲稿共27页多原子分子多原子分子分子的极性分子的极性 键的极性键的极性例例 H2O+_+_HHO极性分子极性分子CO2非极性分子非极性分子+_+_+_OOC分子的几何构型分子的几何构型第5页，本讲稿共27页键的极性键的极性取决于成键原子
4、间共用电子对是否偏离取决于成键原子间共用电子对是否偏离.分子的极性分子的极性取决于分子正、负电荷中心是否重合取决于分子正、负电荷中心是否重合.分子分子Br2NO H2SCS2BF3CHCl3键的极性键的极性 非极性非极性极性极性极性极性 极性极性极性极性极性极性几何构型几何构型 直线直线 直线直线 V形形 直线直线 正三角形正三角形四面体四面体分子极性分子极性非极性非极性极性极性极性极性非极性非极性 非极性非极性极性极性分子类型分子类型离子型离子型 极性极性 非极性非极性+_+小节小节:第6页，本讲稿共27页偶极矩偶极矩()描述分子极性大小描述分子极性大小 分子中电荷中心的电荷量分子中电荷中心
5、的电荷量(q)与正、负电荷与正、负电荷中心距离中心距离(l)的乘积。的乘积。=q ll偶极长度偶极长度;库库米米(Cm)l+q_q=0 非极性分子非极性分子 极性分子极性分子,越大越大,分子极性越分子极性越强强。HXHFHClHBrHI/(10-30Cm)6.403.612.631.27分子极性分子极性依次减弱依次减弱根据根据可以推断某些分子的几何构型可以推断某些分子的几何构型如如CS2=0 则为则为直直线线形分子形分子 SO2=5.33 则为则为V形分子形分子第7页，本讲稿共27页分子的变形性分子的变形性非极性分子在电场作用下，电子云与核发非极性分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移生相对
6、位移(分子极化分子极化)，分子变形，并出，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为现偶极，这种偶极称为诱导偶极诱导偶极。分子的形状发生变化，这种性质叫分子的形状发生变化，这种性质叫分子的分子的变形性变形性。+_+_+_(诱导诱导)E E E 电场电场强强度度 极化率极化率 (单位场强产生的诱导偶极单位场强产生的诱导偶极)E E 一定时，一定时，越大，分子变形性越大。越大，分子变形性越大。第8页，本讲稿共27页极性分子的极化极性分子的极化+_+取向取向 变形变形(定向极化定向极化)(变形极化变形极化)诱导偶极诱导偶极分子的偶极分子的偶极=固有偶极固有偶极+诱导偶极诱导偶极极性分子本身是个微电场，因而，
7、极性分子本身是个微电场，因而，极性分子与极性分子之间，极性分子与极性分子之间，极性分子与非极性分子之间极性分子与非极性分子之间,也会也会发生极化作用。发生极化作用。固有偶极固有偶极(永久偶极永久偶极)第9页，本讲稿共27页6-5-2 分子间力分子间力分子间力的种类分子间力的种类色散力色散力诱导力诱导力取向力取向力 分子具有分子具有偶极矩偶极矩和和变形性变形性是分子间具有是分子间具有作用力的根本原因。作用力的根本原因。第10页，本讲稿共27页分子间力的产生分子间力的产生非极性分子与非极性分子之间非极性分子与非极性分子之间非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。非极性分子正负电荷中心重合，分子没
8、有极性。但电子在运动，原子核也在不停地振动。使原但电子在运动，原子核也在不停地振动。使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、负电荷中心暂时不重合，产生负电荷中心暂时不重合，产生瞬时偶极瞬时偶极。这。这种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现。核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现。色散力色散力分子间由于瞬时偶极所产生分子间由于瞬时偶极所产生 的作用力。的作用力。非极性分子与非极性分子之间存在色散非极性分子与非极性分子之间存在色散力。力。第11页，本讲稿共27页非极性分子与极性分
9、子之间非极性分子与极性分子之间 1.由于电子与原子核的相对运动，极性分子也由于电子与原子核的相对运动，极性分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之间也存在间也存在色散力色散力。2.非极性分子在极性分子非极性分子在极性分子固有偶极固有偶极作用下，作用下，发生变形，产生发生变形，产生诱导偶极诱导偶极，诱导偶极与固有偶，诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为极之间的作用力称为诱导力诱导力。+_第12页，本讲稿共27页极性分子与极性分子之间极性分子与极性分子之间 3.存在存在色散力色散力。2.极性分子定向极化后，会进一步产生诱极性分子定向极化后，会进一步产
10、生诱 导偶极，存在导偶极，存在诱导力诱导力。1.极性分子相互靠近时，发生极性分子相互靠近时，发生定向极化定向极化。因固。因固有偶极取向而产生的作用力称为有偶极取向而产生的作用力称为取取向力向力.+_+第13页，本讲稿共27页分子类型分子类型分子间力种类分子间力种类非极性分子非极性分子-非极性分子非极性分子色散力色散力非极性分子非极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力色散力、诱导力极性分子极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力、色散力、诱导力、取向力取向力第14页，本讲稿共27页分子间力的特点分子间力的特点是一种电性作用力。是一种电性作用力。作用距离短作用距离短,作用范围仅为几百皮米作用范围
11、仅为几百皮米(pm)。作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔。作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔。比键能小比键能小 12个数量级。个数量级。无饱和性和方向性。无饱和性和方向性。对大多数分子来说，以对大多数分子来说，以色散力色散力为主为主(除极除极性很大且存在氢键的分子，如性很大且存在氢键的分子，如H2O外外)第15页，本讲稿共27页分子分子E(取向取向)E(诱导诱导)E(色散色散)E(总总)(kJmol-1)(kJmol-1)(kJmol-1)(kJmol-1)Ar0.0000.0008.498.49CO0.0030.0088.748.75HI0.0250.11325.825.9HBr0.6860
12、.50221.923.1HCl3.301.0016.821.1NH313.31.5514.929.8H2O36.31.928.9947.2第16页，本讲稿共27页分子间力的影响因素分子间力的影响因素分子间距离：分子间距离越大，分子间分子间距离：分子间距离越大，分子间力越弱。力越弱。取向力：分子的偶极矩越大取向力：分子的偶极矩越大,取向力越强取向力越强。温度越高，取向力越弱。温度越高，取向力越弱。诱导力：诱导力：极性分子的偶极矩越大极性分子的偶极矩越大 非极性分子的极化率越大非极性分子的极化率越大诱导力越强诱导力越强色散力：分子的极化率越大色散力：分子的极化率越大,色散力越强色散力越强。第17页
13、，本讲稿共27页分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响10-40Cm2V-1熔点熔点沸点沸点溶解度溶解度H2O乙醇乙醇丙酮丙酮He0.225-272.2-268.9 0.137 0.599 0.684Ne0.436-248.67-245.9 0.174 0.857 1.15Ar1.813-189.2-185.7 0.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.7 0.888Xe4.451-111.9-1071.94Rn6.029-71-61.84.14211.2 254.9(10-40 Cm2V-1)1.655.897.33一般来说一般来说,结构相结构相似的同系列物质，
14、似的同系列物质，相对分子质量越相对分子质量越大大,分子变形性越分子变形性越大大,分子间力越强，分子间力越强，熔、沸点越高。熔、沸点越高。第18页，本讲稿共27页分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响1010-40-40C Cm m2 2V V-1 1熔点熔点沸点沸点 溶解度溶解度H2O乙醇乙醇丙酮丙酮He0.225-272.2-268.9 0.137 0.599 0.684Ne0.436-248.67-245.9 0.174 0.857 1.15Ar1.813-189.2-185.7 0.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.7 0.888Xe4.451-111.
15、9-1071.94Rn6.029-71-61.84.14211.2 254.9(10-40Cm2V-1)1.655.897.33 溶质或溶剂分子的变形性越大，溶质或溶剂分子的变形性越大，分子间力越大，溶解度越大。分子间力越大，溶解度越大。第19页，本讲稿共27页6-5-3氢键氢键6-5-3 氢键氢键t/周期数周期数2 3 4 5 2 3 4 5 同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但增大而升高，但NH3、H2O、HF特殊。特殊。H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4CH4SiH4
16、GeH4SnH4SbH3 100 0-100-200NH3PH3AsH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te熔点熔点沸点沸点第20页，本讲稿共27页氢键的形成氢键的形成1.分子间的氢键分子间的氢键如如 F F H H H H F F F 163pm140255pm F的电负性大，其共用电子对强烈偏向的电负性大，其共用电子对强烈偏向F，H只有只有一个电子，其电子云偏向一个电子，其电子云偏向F后，几乎呈质子，对附近后，几乎呈质子，对附近另一个另一个HF分子中的分子中的F 产生静电吸引作用，该静电吸产生静电吸引作用，该静电吸引作用力为引作用力为氢键。氢键。氢键氢键键长键长的定义的定义:两
17、种两种第21页，本讲稿共27页同种分子间的氢键同种分子间的氢键如如 F F H H H H F F F 163pm140255pm不同种分子间的氢键不同种分子间的氢键 H HHN HO H或或 H HHNH OH通式：通式：XHY第22页，本讲稿共27页氢键的强度氢键的强度可用氢键键能表示可用氢键键能表示通式：通式：XHY即每拆开即每拆开1mol H Y键所需的能量键所需的能量氢键键能氢键键能一般一般 42kJ mol 1，远小于正常，远小于正常共价键键能，与分子间力差不多。共价键键能，与分子间力差不多。如如H2O 氢键键氢键键能能为为 18 83 kJ mol 1，OH键键能能为为 463
18、kJ mol 1。第23页，本讲稿共27页2.分子内的氢键分子内的氢键如如H O O N O硝酸硝酸O O N H O邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内氢键由于受环状结构的限制，分子内氢键由于受环状结构的限制，XHY往往不在同一直线上。往往不在同一直线上。第24页，本讲稿共27页氢键形成对物质性质的影响氢键形成对物质性质的影响熔、沸点熔、沸点分子间的氢键存在使熔、沸点升高。分子间的氢键存在使熔、沸点升高。如如 HF、H2O、NH3 分子内的氢键存在使熔、沸点降低。分子内的氢键存在使熔、沸点降低。如如氢键氢键熔点熔点邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内分子内45间位硝基苯酚间位硝基苯酚分子间分子间96对位硝基苯酚
19、对位硝基苯酚分子间分子间114第25页，本讲稿共27页溶解度溶解度在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,则会使溶质的溶解度增大。则会使溶质的溶解度增大。如如 HF、NH3 在在H2O的溶解度很大。的溶解度很大。粘度增大粘度增大如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间氢键的存在，为粘稠状液体。氢键的存在，为粘稠状液体。密度：液体分子间的氢键存在，使分子密度：液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现象。发生缔合现象。如如nHF (HF)n 缔合缔合 水水 冰冰缔合缔合第26页，本讲稿共27页Prepare for 测验第五、六章第27页，本讲稿共27页