分子间作用力
一.分子间偶极矩
| 分子内原子间的结合靠化学键, 物质中的分子间存在着分子间作用力. |
1. 永久偶极
分子的正电重心和负电重心不重合, 分子则为极性分子, 其极性的大小可以用偶极矩来度量.
双原子分子 HCl 的正负电重心不重合, 是极性分子. 若正电(或负电)重心上的电荷的电量为 q , 正负电重心之间的距离为 d (称偶极矩长), 则偶极矩为: μ＝ qd
μ以德拜(D)为单位, 当 q = 1.62 库仑 ( 电子所带电量 ), d = 1.0  时, μ ＝ 4.8 D
通过下列的数据体会 D 的大小:
HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚
μ/D 0.38 0.79 1.03 1.66 1.85 1.15
永久偶极: 极性分子的偶极矩称为永久偶极.
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2. 诱导偶极和瞬间偶极
非极性分子在外电场的作用下, 可以变成具有一定偶极的极性分子, 而极性分子在外电场作用下, 其偶极也可以增大. 在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极.
诱导偶极用  μ表示, 其强度大小和电场强度成正比, 也和分子的变形性成正比. 所谓分子的变形性, 即为分子的正负电重心的可分程度, 分子体积越大, 电子越多, 变形性越大.
非极性分子无外电场时, 由于运动、碰撞, 原子核和电子的相对位置变化, 其正负电重心可有瞬间的不重合; 极性分子也会由于上述原因改变正负电重心. 这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫瞬间偶极. 瞬间偶极和分子的变形性大小有关.
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二 分子间作用力——范德华力
化学键的结合能一般在 1.0 kJ/mol 数量级, 而分子间力的能量只有几个 kJ/mol.
1.取向力
极性分子之间靠永久偶极－永久偶极作用称为取向力.仅存在于极性分子之间. 
2. 诱导力
诱导偶极与永久偶极作用称为诱导力.
极性分子作用为电场, 使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大(也产生诱导偶极), 这时诱导偶极与永久偶极之间形成诱导力, 因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间, 也存在于极性分子与极性分子之间.
3、色散力
瞬间偶极－瞬间偶极之间有色散力.
由于各种分子均有瞬间偶极, 故色散力存在于极性分子－极性分子、极性分子－非极性分子及非极性分子－非极性分子之间. 色散力不仅存在广泛, 而且在分子间力中, 色散力经常是重要的. 观察下面数据:
kJ/mol 取向力 诱导力 色散力
Ar 0 0 8.49
HCl 3.305 1.104 16.82
取向力、诱导力和色散力统称范德华力, 它具有以下的共性:
1) 永远存在于分子之间;
2) 力的作用很小;
3) 无方向性和饱和性;
4) 是近程力，
5) 经常是色散力为主.
He Ne Ar Kr Xe
从左到右原子半径(分子半径)依次增大, 变形性增大, 色散力增强, 分子间结合力增大, 故 b.p. 依次增高. 可见, 范德华力的大小与物质的 m.p.、b.p. 等物理性质有密切联系. |
三 氢键
1. 氢键的概念
以 HF 为例, F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质子, 这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时, 产生一种特殊的分子间力 —— 氢键. 表示为···· : F－H····F－H
两个条件: 1.与电负性大且 r 小的原子(F, O, N)相连的 H ; 2. 在附近有电负性大, r 小的原子(F, O, N).
2. 氢键的特点
1°饱和性和方向性
由于 H 的体积小, 1 个 H 只能形成一个氢键.由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥, 使两个原子在 H 两侧呈直线排列. 除非其它外力有较大影响时, 才可能改变方向.
2°氢键的强度
介于化学键和分子间作用力之间, 和电负性有关.
F－H ···· F O — H ···· O N－H····N
E/kJ·mol-1 28.0 18.8 5.4
3. 氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时, 大大地影响了分子间的结合力, 故物质的熔点、沸点将升高. CH3CH2-OH 存在分子间氢键，而分子量相同的 H3C-O-CH3 无氢键，故前者的 b.p. 高。
HF、HCl、HBr、HI , 从范德华力考虑, 半径依次增大, 色散力增加, b.p. 高, 故 b. P. 为 HI > HBr > HCl, 但由于 HF 分子间有氢键，故 HF 的b.p. 在这里最高, 破坏了从左到右 b.p. 升高的规律. H2O, NH3 由于氢键的存在, 在同族氢化物中 b.p. 亦是最高.
H2O 和 HF 的分子间氢键很强, 以致于分子发生缔合, 以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而 (H2O)2 排列最紧密, 4℃时, (H2O)2 比例最大, 故 4℃ 时水的密度最大. 可以形成分子内氢键时, 势必削弱分子间氢键的形成. 故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高.典型的例子是对硝基苯酚和邻硝基苯酚:
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