分离科学---第四章 分子间相互作用与溶剂特性
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分子间物理相互作用
分子间物理相互作用分子间物理相互作用是指分子之间由于电荷分布不均匀而产生的相互作用力。
这种相互作用是物质世界中最基本的力之一，它决定了物质的性质、结构和行为。
在自然界中，分子间物理相互作用广泛存在于各种物质中，包括气体、液体和固体。
本文将从分子间作用力的种类和特点以及其在生活中的应用等方面进行详细阐述。
分子间物理相互作用包括范德华力、静电作用力和氢键等。
范德华力是由于分子之间的瞬时偶极矩引起的吸引力和排斥力。
当两个分子靠近时，它们的电子云会发生瞬时的偏移，形成暂时的偶极矩，从而引起范德华力。
这种相互作用力在所有物质中普遍存在，无论是气体、液体还是固体。
范德华力的强度与分子间的距离的六次方成反比，因此随着分子间距离的增大，范德华力逐渐减弱。
静电作用力是由于分子之间的电荷引力和静电斥力而产生的相互作用力。
当两个分子之间存在电荷差异时，它们之间会发生静电作用力。
如果一个分子带正电荷，另一个分子带负电荷，它们之间会发生引力作用；如果两个分子带同种电荷，它们之间会发生斥力作用。
静电作用力的强度与电荷的大小成正比，与分子间距离的平方成反比。
因此，当两个分子之间的距离足够近时，静电作用力会显著影响它们之间的相互作用。
氢键是一种特殊的分子间相互作用力，它主要存在于含氢原子的分子中。
氢键是通过氢原子与较电负的原子（如氧、氮和氟）之间的相互作用形成的。
由于氢原子的电子云密度较低，它可以与邻近的电负原子形成较强的静电作用力。
这种相互作用力在生物分子的结构和功能中起着重要的作用，例如蛋白质的折叠和DNA的双螺旋结构。
除了以上介绍的相互作用力外，还有其他一些较弱的分子间相互作用力，如疏水作用、π-π相互作用和离子作用力等。
疏水作用是由于非极性分子之间的相互作用而产生的力，它使非极性分子在溶液中聚集在一起。
π-π相互作用是由于芳香环之间的相互作用而产生的力，它在有机化合物的自组装和分子识别中起着重要的作用。
离子作用力是由于带电离子之间的相互作用而产生的力，它决定了离子化合物的稳定性和溶解度。
4 分子间的相互作用与溶剂特性
4.2 物质的溶解与溶剂极性 • 溶剂选择性三角形 图4-2
• 溶剂选择性三角形中的溶剂分组 表4组 5 组 代表性溶剂 代表性溶剂
别 别
Ⅰ 脂肪醚、叔胺、四甲基胍、六甲 Ⅴ 二氯甲烷、二氯乙烷 基磷酰胺 Ⅱ Ⅵ 磷酸三苯酯、脂肪酮和酯、聚醚、 脂肪醇 二氧六环、乙腈 Ⅶ 硝基化合物、芳香醚、芳烃、卤代 吡啶衍生物、四氢呋喃、乙二醇 芳烃 Ⅲ 醚、亚砚、酰胺 Ⅳ 乙二醇、苯甲醇、甲酰胺、醋酸 Ⅷ 氟代烷醇、间甲基苯酚、氯仿、水
第4章 分子间的相互作用与溶剂特性
4.1 分子间的相互作用 • 带相反电荷的离子间的静电相互作用； • 离子与偶极分子间的相互作用； • 范德华力； • 氢键和电荷转移相互作用等；
4.1 分子间的相互作用
Lennard-Jones 方程— 分子间相互作用势能与分子间距离的函数关系:
(4-2)
排斥能
4.1 分子间的相互作用
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 物质的溶解过程：
溶解过程的能量变化：
溶剂分子间的 相互作用势能
△
HA-B = HA-A + HB-B – 2HA-B
溶质分子间的 相互作用势能
溶质分子与溶 剂分子间的相 互作用势能
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 相似相溶规律：溶质易溶于化学结构相类似或极 性相接近的溶剂中； 特例：
• 甲烷和二甲醚在四氯化碳和丙酮中的溶解度相差 很小；
• 十八酸与乙酸的互溶性不如十八酸与胺或吡啶的 互溶性好； • 聚乙二醇难溶于乙二醇中； • 乙烷易溶于丙酮而难溶于戊烷；
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 溶剂的极性：
• 溶解度参数
可用来解释许多非电解质在有机溶剂中的溶解度以 及分离问题，其数学定义式为： δ i= (Ui)内
分离科学---第四章 分子间相互作用与溶剂特性
水-乙醇的溶解-----第1步第2步都需要较多能量， 但是第 3 步由于水 - 乙醇之间形成的氢键作用很强， 释放的能量足以满足第1、2步的需要，混溶
15
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
相似相溶规律多数情况下是正确的，但
也有解释不好的时候。
• 十八羧酸与乙酸的互溶性不如十八羧酸
与胺的互溶性好；
17
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
溶解度参数与溶解度的关系：
溶质 A 于液体 S 中的溶解度的对数值，随
着A的摩尔体积成比例减小。
溶解度参数差别越大，溶解度越小。
溶解度参数相近的两液体能够很好地相
互溶解。
1 2 ln S A V A ( S A ) C RT
18
9
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.4 电荷转移相互作用--路易斯酸碱反应 碱具有较强电子给予能力。
Lewis 酸碱理论：酸具有较强电子接受能量，
B A ( B A) B A
具有较低的电离势；
电子给体分子中一个能量较高的已占分子规道， 电子受体分子中有能量较低的空轨道，具备较高 的电子亲和能。
可以预测配合物的溶解度参数与配体的
大致相等而稍大，已为分配的实验证明。
同时结合分配基本方程式，还可以得到
：
ln K D , MRn n ln K D , HR
即不管金属离子的种类，由相同试剂形成 的相同组成的金属配合物的分配系数大致 相等。
31
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.2.2.2 罗氏极性参数
也称罗氏溶剂极性标度（p’）,选择乙醇、
二氧六环、硝基甲烷三种模型化合物，测定
理解物理化学中的分子间相互作用
理解物理化学中的分子间相互作用在物理化学中，分子间相互作用是研究物质性质和反应过程中不可或缺的一部分。
分子间相互作用包括范德华力、氢键、离子-离子相互作用和疏水作用等。
这些作用力在物质的物理性质、溶解度、反应速率等方面起到了重要的作用。
理解并熟练应用分子间相互作用的原理和规律对于深入掌握物理化学知识非常重要。
一、范德华力范德华力是一种虚拟的力，作用于分子间。
它是由于自由度导致的瞬时偶极矩、极化引起的诱导偶极矩和永久偶极矩之间的相互作用。
范德华力的大小与分子之间的距离和分子特性有关。
软性分子之间的范德华力较强，而硬性分子之间的范德华力较弱。
范德华力对于物质的固态结构、流体力学性质和相变等方面起到重要作用，例如冰的晶格稳定性。
二、氢键氢键是一种特殊的氢原子与较电负的原子（如氧、氮、氟）之间的相互作用。
氢键是由于分子中氢原子的正极性和较电负原子的负极性之间的相互作用而形成的。
氢键对于物质的溶解度、溶液中分子的聚集程度和分子结构的稳定性非常重要。
举个例子，水分子中的氢键使得水具有较高的沸点、熔点和表面张力。
三、离子-离子相互作用离子-离子相互作用是由带电离子之间的相互吸引作用所引起的。
一个离子被另一个离子的电荷所吸引，从而形成了一个稳定的结构。
离子-离子相互作用在晶体的形成和离子化合物的溶解过程中起到重要作用。
例如，晶体中的离子-离子相互作用决定了晶体的结构和稳定性。
四、疏水作用疏水作用是指非极性物质不与水发生相互作用的现象。
当处于水中的非极性分子或非极性部分聚集在一起时，由于疏水作用的存在，它们与水分子的联系较弱，从而形成疏水聚集体。
疏水作用在生物体系中起到了重要作用，例如脂肪的聚集和蛋白质的折叠。
综上所述，理解物理化学中的分子间相互作用对于揭示物质的性质和反应机理具有重要意义。
范德华力、氢键、离子-离子相互作用和疏水作用等作用力在物质的各种性质和过程中起到了关键作用。
掌握这些分子间相互作用的原理和规律，有助于拓宽我们对物理化学的认识和应用。
分子间的相互作用
分子间的相互作用
BRAND PLANING
风暴石 欢迎学化物理方向的同学讨论交流
2011-3-1
分子的相互作用
分子的电性质
1.
电偶极矩
2.极化
3.相对介电常数
分子间的相互作用
1.
偶极作用
2.排斥力和总作用力
气体和液体
1.
气体分子作用
2.液-气界面
3.冷凝
01 品牌介绍
02 产品展示
01
电偶极矩
02
气体分子的相 互作用
气体分子的相互作用通过分子束来研究。分子束是指一束在真空管 道中平行前进的狭窄分子流，这束分子被引导撞击其他分子，发生 的散射与分子间相互作用有关可供研究。
分子束实验的最重要的实验信息来源于向一个特定方向撞击的入射 分子流中的分子碎片。分子碎片被散射为一个锥形的速率由dI表 示。
1
电场
点电荷产生的电场
E=q/4πε0 r2
偶极子产生的电场 E=μ/2πε0 r3
多级子产生的电场随 距离增加而减弱的速 度比点电荷快。
2
偶极-偶极作用
两个极性分子间相互作
用的势能是一个复杂的
函数，与两个分子的取
向有关。两个自由转动
的偶极子之间相互作用
的势能为零，然而它们
共有的势能与相对取向
• 总吸引力
若分子间无氢键，则转动的分子所具有的总 吸引力的能量为三种范德瓦尔斯力之和。分 子间的吸引能量一般近似表示为
V=-C6/r6，C6是与分子本身有关的系数。 若有三分子相互作用，色散能近似由 Axilrod-Teller公式表达：
V=-C6/r6AB-C6/r6BCC6/r6CA+C’/(rABrBCrCA)3
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分子的相互作用
分子的电性质
1.
电偶极矩
2.极化
3.相对介电常数
分子间的相互作用
1.
偶极作用
2.排斥力和总作用力
气体和液体
1.
气体分子作用
2.液-气界面
3.冷凝
01 品牌介绍
02 产品展示
01
电偶极矩
02
气体分子的相 互作用
气体分子的相互作用通过分子束来研究。分子束是指一束在真空管 道中平行前进的狭窄分子流，这束分子被引导撞击其他分子，发生 的散射与分子间相互作用有关可供研究。
分子束实验的最重要的实验信息来源于向一个特定方向撞击的入射 分子流中的分子碎片。分子碎片被散射为一个锥形的速率由dI表 示。
1
电场
点电荷产生的电场
E=q/4πε0 r2
偶极子产生的电场 E=μ/2πε0 r3
多级子产生的电场随 距离增加而减弱的速 度比点电荷快。
2
偶极-偶极作用
两个极性分子间相互作
用的势能是一个复杂的
函数，与两个分子的取
向有关。两个自由转动
的偶极子之间相互作用
的势能为零，然而它们
共有的势能与相对取向
• 总吸引力
若分子间无氢键，则转动的分子所具有的总 吸引力的能量为三种范德瓦尔斯力之和。分 子间的吸引能量一般近似表示为
V=-C6/r6，C6是与分子本身有关的系数。 若有三分子相互作用，色散能近似由 Axilrod-Teller公式表达：
V=-C6/r6AB-C6/r6BCC6/r6CA+C’/(rABrBCrCA)3
第四章膜分离过程原理汇总
4.2 以压力差为推动力的膜分离过程
• 微滤是指大于0.1μm的颗粒或可溶物 被截流的压力驱动型膜过程(MF)
• 超滤是指小于0.1μm大于2nm的颗粒 或可溶物被截流的压力驱动型膜过 程(UF)
• 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透 压而选择性透过的膜过程(RO)
• 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被 截流的压力驱动型膜过程(nF)
• 根据原水水质，可经过预过滤以去除大颗 粒防止膜过快堵塞，亦可视情况投加混凝 剂或粉末活性炭，以生产有机物含量低的 水。但在生产高质量水时，通常作为超滤、 反渗透或纳滤的预处理设施。
• 而在生产高纯水时，微滤常作为纯水或超 滤水生产时的末端处理， 以去除剩余在水 中的痕量杂质。
• 目前，市场上的微滤膜多为平板膜折叠式滤芯， 膜材料为聚丙烯(PP)或聚砜(PS)、尼龙等。聚砜 膜的孔径经常为0．45mm、0．2mm或更小，其 孔径分布均匀，水通量大，不易堵塞。而聚丙烯 膜的过滤精度范围广，价格便宜，但精度差。
• 深层过滤：在微滤过程中，膜孔的孔径大于被 滤微粒的粒径，流体中的粒子能进入膜的深层 并被除去。
4.2.4渗透气化与蒸汽渗透
• 1.渗透汽化及蒸汽渗透原理
渗透汽化是指液体混合物在膜两侧压差得作用，利用膜对被分 离混合物中某组分有优先选择性透过膜得特点，使料液侧优 先渗透组分渗透通过膜，在膜得下游侧汽化去除，从而达到 混合物分离提纯得一种新型膜分离技术。
MF
UF
RO
4.2.1 反渗透
渗透是在膜两侧的压力相等的情况下,在浓差作用 下溶剂水分子从低浓度向高浓度透过.
反渗透是利用外压将渗透过程逆转,达到分离物质的
反渗透原理
反渗透（Reverse Osmosis）分离过程是使溶 液在一定压力（10-100 atm）下通过一个多孔 膜，在常压和环境温度下收集膜渗透液。溶液中 的一个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留 在膜的高压侧。
分子间相互作用与溶剂特性资料讲解
(i)jC D(41 0)26(i2 jji2)
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
化工分离技术
分子间范德华力大小
在上述三种范德华力中，色散力通常是主要的。 例如：在40C液态2-丁酮的内聚能计算值由8％的
当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。
即：
U() UaUb
化工分离技术
双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。
化工分离技术
分子间相互作用与溶剂特性
化工分离技术
第4章
分子间相互作用与溶剂选择
化工分离技术
4.1 分子间相互作用 4.2 静电相互作用 4.3 分子间范德华力 4.4 氢键相互作用 4.5 电荷转移相互作用 4.6 物质的溶解与溶剂极性 4.7 疏水相互作用
化工分离技术
分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
1. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、 随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一 个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
化工分离技术
分子间范德华力大小
在上述三种范德华力中，色散力通常是主要的。 例如：在40C液态2-丁酮的内聚能计算值由8％的
当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。
即：
U() UaUb
化工分离技术
双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。
化工分离技术
分子间相互作用与溶剂特性
化工分离技术
第4章
分子间相互作用与溶剂选择
化工分离技术
4.1 分子间相互作用 4.2 静电相互作用 4.3 分子间范德华力 4.4 氢键相互作用 4.5 电荷转移相互作用 4.6 物质的溶解与溶剂极性 4.7 疏水相互作用
化工分离技术
分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
1. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、 随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一 个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
现代分离方法与技术第1章 ·绪论【精选】
由热力学第二定律可知, 混合过程是一个熵增加的过程, 它是一个自发过程, 而它的逆过程—— 分离过程, 则不 能自发地进行, 需要某种专门的过程和设备, 否则不可 能实现。
实例二：己烷和水的混合实验。
将己烷和水放在一个烧杯里，它们不能自发混合 形成均匀溶液；当剧烈搅拌（做功）时，则相互 分散，短时间内形成均匀溶液，一旦放置（停止 搅拌）则形成互不相溶的两相。在这个实例中， 我们看到混合过程不能自发进行，而（做功使之 混合后的）分离过程可以自发完成。
现代分离技术
Modern technology for separation
内容简介
第一章 绪 论 第二章 分离过程的热力学 第三章 分离过程的动力学 第四章 分子间相互作用与溶剂特性 第五章 萃取分离法 第六章 色谱分离原理
内容简介
第七章 制备色谱技术 第八章 膜分离 第九章 电化学分离法 第十章 其他分离技术 第十一章 分析鉴定方法与分离分
杂志
化学工程； 化工学报； 膜科学与技术； 高分子材料科学与工程；
---
第一章 绪 论
§1.1 分离科学及其研究内容 §1.2 分离科学的重要性 §1.3 分离过程的本质 §1.4 分离方法的分类 §1.5 分离富集在分析化学中的应用 §1.6 分离富集方法 §1.7 分离方法的评价 §1.8 直接分离和间接分离 §1.9 分离富集技术的发展趋势
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，
通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液 -液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液 平衡）；蒸馏（液-气平衡） （2）速度差分离过程 利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯 度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超 速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动 的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均 相混合物的分离。 （3）反应分离过程
实例二：己烷和水的混合实验。
将己烷和水放在一个烧杯里，它们不能自发混合 形成均匀溶液；当剧烈搅拌（做功）时，则相互 分散，短时间内形成均匀溶液，一旦放置（停止 搅拌）则形成互不相溶的两相。在这个实例中， 我们看到混合过程不能自发进行，而（做功使之 混合后的）分离过程可以自发完成。
现代分离技术
Modern technology for separation
内容简介
第一章 绪 论 第二章 分离过程的热力学 第三章 分离过程的动力学 第四章 分子间相互作用与溶剂特性 第五章 萃取分离法 第六章 色谱分离原理
内容简介
第七章 制备色谱技术 第八章 膜分离 第九章 电化学分离法 第十章 其他分离技术 第十一章 分析鉴定方法与分离分
杂志
化学工程； 化工学报； 膜科学与技术； 高分子材料科学与工程；
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第一章 绪 论
§1.1 分离科学及其研究内容 §1.2 分离科学的重要性 §1.3 分离过程的本质 §1.4 分离方法的分类 §1.5 分离富集在分析化学中的应用 §1.6 分离富集方法 §1.7 分离方法的评价 §1.8 直接分离和间接分离 §1.9 分离富集技术的发展趋势
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面，
通过两相界面的平衡关系使均相混合物得以分离。如液 -液萃取（达到平衡时的分配系数不同）；结晶（固-液 平衡）；蒸馏（液-气平衡） （2）速度差分离过程 利用外加能量，强化特殊梯度场（重力梯度、压力梯 度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等）。如高速或超 速离心强化离心力场，使用过滤材料强化不同物质移动 的速度差。电泳强化离子移动速度差等。一般用于非均 相混合物的分离。 （3）反应分离过程
绪论分子间相互作用与溶剂特性实用PPT资料
范德华力（Van Der Waals Force）
二、诱导偶极相互作用力 非极性分子没有固有偶极，但当受到电场作用 时，
分子中的电荷分布发生变化，正负电荷中心分离，从而 产生诱导偶极。
诱导偶极矩的大小与外电场强度成正比。
' E
α——被诱导分子的极化率，越大，越易被诱导。 四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等固有偶极矩很小，但极 化率较高，容易被诱导，在极性溶剂中具有较高的极化能。
§1.3 分离过程的本质
如果混合或分离过程体系总自由能降低， 则混合或分离可以自发进行。
§1.4 分离方法的分类
能量或分离剂
原料（混合物）
分离装置
目标产物 残余物
不同物质之所以能相互分离，是基于各物质之间的 物理、化学或生物学性质的差异。并且，性质差异 可以与外场能量有多种组合形式，能量的作用方式 也可以有变化，因此衍生出多种多样的分离方法。
绪论分子间相互作用与溶剂特性
商品 分离
案例1：今幸胶囊——人参皂苷Rh2
【功 能】可提高自身免疫功能，增强抗病能力；是黑色素瘤、 乳腺癌、卵巢癌、肝癌、胃癌、肺癌、骨癌、胰腺癌、 结肠癌、血癌、喉癌、前列腺癌等癌症患者在治疗和 康复过程中的上佳辅助保健食品。
链接
链接
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案例2：食用海藻与砷！
平时20作业考勤专题30期末50小专题展示汇报要求专题主体为具体的分离技术介绍及应用展示专题展示要求在讲清楚相关分离方法或技术相关知识点的基础上必须有相应的应用实例辅助说明2个实例必须注明具体文献出处23人一组自由组合相互协作一人主讲其他同学可作必要补充小专题自选或由老师指定准备时间一周左右汇报时间控制在1015min汇报ppt与个人材料须发给老师并做分工说明第四章分子间的相互作用与溶剂特性41分子间的相互作用42物质的溶解与溶剂极性43疏水相互作用41分子间的相互作用静电相互作用范德华力永久偶极相互作用力诱导偶极相互作用力色散力电荷转移相互作用1
分子间的相互作用力课件ppt
加强基础研究
将分子间相互作用力的研究与生物学、物理学、化学等学科进行交叉融合，拓展研究领域，发掘新的应用前景。
跨学科交叉研究
加强实验手段的应用，通过实验验证和发现分子间相互作用力的新现象和新规律，推动研究发展。
注重实验研究
研究趋势
利用先进的谱学技术，精确测定分子间相互作用力的类型和作用位点，为药物设计和材料研发提供有力支持。
静电相互作用力的大小取决于相互作用的电荷量、电荷密度和距离等因素。
03
色散力是由于分子的热运动而引起的；诱导力是由于分子极化而引起的；取向力是由于分子取向排列而引起的。
范德华力
01
分子间相互作用的一种非共价键结合力，包括色散力、诱导力和取向力。
02
范德华力主要存在于非极性分子之间，作用范围在10^(-10)～10^(-6)m之间。
定义
分子间的相互作用力具有远程作用和高度选择性，其强度和方向受到分子的结构、电荷分布、极性、溶剂等历史与发展
2
3
早在古希腊时代，人们就已经开始研究分子之间的相互作用，提出了“原子论”等理论。
早期研究
随着化学和物理学的不断发展，科学家们逐渐认识到分子间的相互作用与化学反应和物质性质之间的关系。
原子间通过共享电子而形成的相互作用力称为共价键。
共价键是化学反应中原子间相互作用的主要形式，也是构成有机分子和无机分子的基本作用力。
共价键的形成需要满足两个条件：一是要有两个或两个以上的原子；二是要满足原子轨道的重叠和电子的共享。
共价键
03
分子间的相互作用力的应用
分子设计概述
01
分子设计是指利用分子间相互作用力，设计具有特定性质和功能的分子或分子聚集体。
在分子间相互作用力的模拟中，有限元分析法可以用于分析分子在不同条件下的变形、应力和振动等性质。
将分子间相互作用力的研究与生物学、物理学、化学等学科进行交叉融合，拓展研究领域，发掘新的应用前景。
跨学科交叉研究
加强实验手段的应用，通过实验验证和发现分子间相互作用力的新现象和新规律，推动研究发展。
注重实验研究
研究趋势
利用先进的谱学技术，精确测定分子间相互作用力的类型和作用位点，为药物设计和材料研发提供有力支持。
静电相互作用力的大小取决于相互作用的电荷量、电荷密度和距离等因素。
03
色散力是由于分子的热运动而引起的；诱导力是由于分子极化而引起的；取向力是由于分子取向排列而引起的。
范德华力
01
分子间相互作用的一种非共价键结合力，包括色散力、诱导力和取向力。
02
范德华力主要存在于非极性分子之间，作用范围在10^(-10)～10^(-6)m之间。
定义
分子间的相互作用力具有远程作用和高度选择性，其强度和方向受到分子的结构、电荷分布、极性、溶剂等历史与发展
2
3
早在古希腊时代，人们就已经开始研究分子之间的相互作用，提出了“原子论”等理论。
早期研究
随着化学和物理学的不断发展，科学家们逐渐认识到分子间的相互作用与化学反应和物质性质之间的关系。
原子间通过共享电子而形成的相互作用力称为共价键。
共价键是化学反应中原子间相互作用的主要形式，也是构成有机分子和无机分子的基本作用力。
共价键的形成需要满足两个条件：一是要有两个或两个以上的原子；二是要满足原子轨道的重叠和电子的共享。
共价键
03
分子间的相互作用力的应用
分子设计概述
01
分子设计是指利用分子间相互作用力，设计具有特定性质和功能的分子或分子聚集体。
在分子间相互作用力的模拟中，有限元分析法可以用于分析分子在不同条件下的变形、应力和振动等性质。
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
分配系数 不相混合的两液体放臵于同一容器中，
少量加入溶质A，溶质A在两相的分配常数
或者分配系数KD为：
[ A]1 S A,1 KD [ A]2 S A, 2
例如碘在四氯化碳和水相的饱和溶解度之 比为89.6，分配系数为89.9，非常一致。
库伦定律：
F
qi q j 4r
12
2
0 r
0 8.85419 10 C /( J m)
2
U ij
zi z j e
2
4r
5
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.2 范德华力--短程力
4.1.2.1 永久偶极相互作用力--定向力
i j 2 U ij 6 2 3kT (4 ) r
4.1.4 电荷转移相互作用--路易斯酸碱反应 碱具有较强电子给予能力。
Lewis酸碱理论：酸具有较强电子接受能量，
B A ( B A) B A
具有较低的电离势；
电子给体分子中一个能量较高的已占分子规道， 电子受体分子中有能量较低的空轨道，具备较高 的电子亲和能。
推进至相距r处时所做的功：
A B U r 12 6 r r
Lennard-Jones方程 A 排斥，B吸引
U (r ) F (r )dr
r
分子间相互作用势能与 分子间距离的函数关系
U (r ) F (r ) r
4
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.1 静电相互作用--长程力
VA M / d
V A Vi
具有加和性
化合物的摩尔内聚能E与摩尔体积一 样具有加和性，可由此估测溶解度参数， 且具有相当的可信度。
A E A / V A
E / V
i
i
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
比A多一个甲基的化合物B的溶解度参数为：
B VA ECH
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
对于有机离子对或者M+A- 型盐，溶解 度参数变化与有机物类似。
即随着试剂的分子量的增大，MA变化
不大，因而盐M+A- 的溶解度随着分子量的
增大而与摩尔体积增大成比例减小。
例如向金属离子的沉淀剂中引入疏水
基团，有机试剂的分子量增加，由它生成
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
硬软酸碱理论----定性
“软”电荷转移不明显，共价键为主；
“硬”电荷转移明显，离子键为主
“硬”亲“硬”，“软”亲“软”
类型 基本特征 例子
硬酸 体积小，氧化态高，无可被激发的外层电子
H+,Li+
软酸 体积大，氧化态低或为0，有一个或多个易被激发的外 Ag+,Hg2+ 层电子
2 A
2
VA VCH 2 VA ECH 2
A VCH 2 VCH 2
VA
ECH 2
2 A
VA VCH 2
2 CH VA 2 VCH A
2 2
A
2 A
VA VCH 2
A
VA VCH 2
A
2 CH 2 1 2 VCH 2 A 1 VA VCH 2
( i j j i ) (4 ) r
2 6
7
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.2.3 瞬间偶极相互作用力--色散力
U ij
3 i j 2(4 ) r
2 6
Ii I j Ii I j
I是分子的第一电离势。各种分子之间的电离 能相差不大，色散力主要取决于分子的极化 率即化学键的性质。
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
以直链脂肪胺为例：
以乙醚为溶剂，在pH9萃取水相中的胺， 碳数9以上的胺90%以上被萃取，碳数5以 下的胺90%以上留在水相。
在更低的pH进行萃取时，碳数5以下的胺 萃取更差，萃取出碳数9以上的胺的纯度 更好。
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
金属配合物的分配和分离 金属配合物MRn的溶解度参数MRn为：
可以预测配合物的溶解度参数与配体的
大致相等而稍大，已为分配的实验证明。
同时结合分配基本方程式，还可以得到
：
ln K D, MRn n ln K D , HR
即不管金属离子的种类，由相同试剂形成 的相同组成的金属配合物的分配系数大致 相等。
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.2.2.2 罗氏极性参数
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
当A分子足够大时，与VA 相比VCH2 非常小， 此时可近似得到：
B A
即碳数达一定数目时，同系物的溶解度参数 呈现单调但不大的变化。 化合物A的溶解度参数与烷烃的溶解度参 数（7.5-8.0）相差越大，甲基的增加导致溶 解度参数的变化越显著。这是因为式中 CH2 与烃的溶解度参数相接近的缘故。
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
化学势的差是物质发生相转移的推动力，
分离大多数过程中需要使组分之间的化学势差
别增大，以使分离容易进行。
了解化学势 必须了解 分子间的相互作用
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1 分子间的相互作用
物理作用弱，没有方向性和饱和性；
化学作用（共价键）强，具有方向性和饱
溶解度参数与溶解度的关系：
溶质A于液体S中的溶解度的对数值，随
着A的摩尔体积成比例减小。
溶解度参数差别越大，溶解度越小。
溶解度参数相近的两液体能够很好地相
互溶解。
1 2 ln S A V A ( S A ) C RT
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
摩尔体积可由液体的摩尔分子质量M和 密度d求得：
MR
n
E MRn VMRn
n V nV
2 HR HR ' HR
n ' HR n
n'VHR为配合物的摩尔体积，大约是配体HR 的摩尔体积的n倍，由于与金属离子的电荷 相互作用，配合物的摩尔体积有所减小， 称为电缩（electrostriction），n'比n略小。 30
第四章 分子间相互作用与溶剂特性
水-乙醇的溶解-----第1步第2步都需要较多能量， 但是第3步由于水-乙醇之间形成的氢键作用很强， 释放的能量足以满足第1、2步的需要，混溶
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
相似相溶规律多数情况下是正确的，但
也有解释不好的时候。
• 十八羧酸与乙酸的互溶性不如十八羧酸
与胺的互溶性好；
• 聚乙二醇难溶于乙二醇；
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
相似相溶性原理
两种惰性溶剂互溶-----第1、2步需要能量小，易 被第三步释放的能量补偿，互溶 水向油中溶解------第1步需要能量多，第2步需要 能量少，第3步释放能量少，不满足需要，难溶 油向水中溶解------第1步需要能量少，第2步需要 能量大，第3步释放能量少，不满足需要，难溶
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.3 氢键--本质属于静电作用
-OH、-NH2、FH等电负性强的原子和氢原
子相连的基团之间的一种特殊静电作用。
强度随着质子给体的酸度和质子受体的碱度
的增大而增大：
强酸>CHCl3>酚类>醇类>硫酚类
胺类>中性氢氧化物>腈类>不饱和碳氢化
合物>硫化物
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.2 物质的溶解和溶剂极性
4.2.1 物质的溶解过程
a) 溶质B各质点分离-类似汽化，吸收能量。
b) 溶剂A中形成一些空位来容纳溶质B，即破坏溶剂
分子之间的相互作用，需要吸收能量。
c) 溶质B进入溶剂A中空位即溶质分子与溶剂分子相
互作用，释放能量。
H A B H A A H B B 2H A B
也称罗氏溶剂极性标度（p’）,选择乙醇、
二氧六环、硝基甲烷三种模型化合物，测定
其在各种溶剂中的溶解性：
p He Hd Hn
'
He xe ' p
质子接受 强度分量
Hd xd ' p
质子给予 强度分量
Hn xn ' p
偶极作用 强度分量
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
Bohr等测定了69种溶剂的p’值
的沉淀的溶解度减小，这个试剂的金属检
出限变低。
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
试剂的分子量和沉淀生成的检出限
金属 离子 Cu Ag Au 巯基乙酸 巯基乙酰苯胺 巯基乙酰-2-萘胺
1：200,000
1：4,000,000
1：10,000,000 1：5,000,000 1：2,500,000
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溶剂选择三角形
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
组别
I II
脂肪醇
代表性溶剂
脂肪醚，叔胺，四甲基胍，六甲基磷酰胺
III
IV
吡啶衍生物，四氢呋喃，乙二醇醚，亚砜，酰 胺（甲酰胺除外） 乙二醇，苯甲醇，甲酰胺，醋酸
2
2