分子间作用力(2011)
分子之间的作用力

分子之间的作用力
首先,范德华力(Van der Waals forces)是由于分子之间的偶极矩
和/或极化引起的吸引力。
偶极矩是由于电子云在分子内部不对称分布而
产生的。
当分子靠近时,偶极矩会相互作用,从而产生吸引力。
极化则是
由外部电场引起电子云的不均匀分布,形成暂时的偶极矩。
这些吸引力的
大小取决于分子中的电荷分布和分子间的距离。
其次,静电力是由于分子之间的电荷引力而产生的相互作用力。
当分
子中存在正电荷和负电荷时,它们会相互吸引形成静电力。
例如,正负电
荷分别位于两个分子之间时,它们之间的静电力会把两个分子吸引在一起。
静电力的大小取决于电荷的多少和分子之间的距离。
最后,氢键是一种特殊的静电力。
它是由于氢原子与具有较强电负性
的原子(如氧、氮和氟)之间形成的相互作用力。
在氢键中,氢原子共价
结合到一个原子上,而另一个原子上存在一个较强的电负性。
这样,氢原
子的电子会更倾向于位于具有较强电负性的原子附近,而形成一个偏正电荷。
这个偏正电荷会与具有部分负电荷的原子形成静电相互作用力,从而
形成氢键。
氢键的强度通常比范德华力和普通的静电力强,因此它在许多
化学和生物分子的结构和性质中起着重要的作用。
总结起来,分子之间的作用力分为范德华力、静电力和氢键。
这些作
用力的大小和属性取决于分子中的电荷分布、电子云的构成和分子之间的
距离。
通过这些作用力,分子可以相互吸引,并在化学反应、溶解和分子
间相互作用等方面发挥重要作用。
分子间的作用力

分子间的作用力上面已经讨论了三种基本类型的化学键,它们都是分子内部原子间较强的结合力,是决定分子化学性质的主要因素。
在分子与分子之间还存在着较弱的作用力,它是决定物质的沸点、熔点、溶解度等物理性质的重要因素。
为了更好地说明分子间作用力,先谈一下分子极化的问题。
一、分子极化任何分子都有正、负电重心,任何分子又都有变形的性能。
因而在外电场的作用下,分子的电荷重心可发生相对的位移,即分子发生变形,这个过程就叫分子的极化(被极化)。
例如非极性分子,正、负电重心是重合的,但在外电场作用下,正负电重心可被拉开,发生变形并产生偶极(图3-59),这叫诱导偶极(外电场除去,偶极也消除)。
对于极性分子,其本身具有偶极这叫固有偶极,在没有外电场作用时极性分子的固有偶极由于热运动,而杂乱排列。
但在外电场作用下杂乱无章的极性分子可按电场方向定向排列起来,同时由于电场的作用而使偶极加大(固有偶极加诱导偶极)产生一定的变形(图3-60)。
由上可看出,无论非极性分子还是极性分子在外电场作用下都可发生极化作用。
二、分子间力的形成如果将外电场换成极性分子自身所产生的电场,这就与上述情况相似,彼此有相互作用,也就产生了分子间力,下面就分别来分析这方面的情况。
1.取向力当极性分子和极性分子相互接近时,它们的固有偶极的同极相斥而异极相吸,就使得极性分子按一定方向排列(图3-61),因而产生了分子间的作用力,这种力叫取向力。
显然,极性分子的偶极矩越大,取向力越大。
这种力只存在于极性分子与极性分子之间。
2.诱导力当极性分子和非极性分子相接近时,非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下,发生极化,而产生诱导偶极,然后诱导偶极与极性分子固有偶极相互吸引(图3——62)。
这种由于诱导偶极而产生的作用力,称为诱导力。
这种力产生于极性分子与非极性分子之间,当然极性分子与极性分子之间也互相诱导,因而也有这种力。
3.色散力非极性分子与非极性分子之间有无作用力?实验指出,N2、O2、H2……等气体,只要充分降温,都可以转变成液态和固态。
分子间作用力

分⼦间作⽤⼒简叙分⼦间的静电⼒和van der Waals⼒的异同静电⼒:静电⼒是由极性基团的永久偶极相互作⽤引起的。
这种作⽤⼒取决于极性基团偶极矩的⼤⼩,定向程度,分⼦间的距离和环境温度。
静电⼒的能量范围在12—20KJ/Mol之间。
⼀些极性⾼分⼦聚合物,如聚甲基丙烯酸甲脂、聚⼄烯醇、聚脂等的Van Der Waals⼒为静电⼒。
分⼦间的Van.der.Waals⼒也是静电⼒,只不过它是偶极⼦之间的相互吸引⼒(静电⼒)、诱导偶极性与偶极⼦之间的吸引⼒(诱导⼒)、瞬时偶极性与诱导偶极性之间的作⽤⼒(⾊散⼒)三者的总和⽽范德华⼒包括引⼒和斥⼒,引⼒和距离的6次⽅成反⽐,排斥⼒与距离的12 次⽅成反⽐。
他们都是静电⼒在不同层次的涌现⾼分⼦之间的分⼦间作⽤⼒不仅发⽣在不同的分⼦链之间,还发⽣在于分⼦链相连的基团之间。
同低分⼦物质⼀样,分⼦间的作⽤⼒为低于共价化学键1~2量级的Van Der Waals⼒和氢键⼒。
Van Der Waals⼒不但存在于不同分⼦之间,⽽且存在于同⼀分⼦内的⾮键合原⼦之间。
依照分⼦基团间相互作⽤原理的的不同。
Van Der Waals⼜分为:静电⼒,诱导⼒,⾊散⼒1.静电⼒静电⼒是由极性基团的永久偶极相互作⽤引起的。
这种作⽤⼒取决于极性基团偶极矩的⼤⼩,定向程度,分⼦间的距离和环境温度。
对于偶极矩分别为µ1和µ2,距离为R的两种极性分⼦,温度为T(绝对温度)时,分⼦间的作⽤⼒k为Boltzman常数。
静电⼒的能量范围在12—20KJ/Mol之间。
⼀些极性⾼分⼦聚合物,如聚甲基丙烯酸甲脂、聚⼄烯醇、聚脂等的Van Der Waals⼒为静电⼒。
2.诱导⼒诱导⼒为极性分⼦的永久偶极对其他分⼦诱导,⽣成偶极,并互相吸引所产⽣的作⽤⼒。
对于偶极矩分别为µ1和µ2,分⼦极化率为α1、α2,距离为R的两个分⼦,分⼦间的作⽤⼒3.⾊散⼒⾊散⼒是由于分⼦间由于⾮极性分⼦的正负电荷中⼼瞬间不重合⽽导致的瞬间偶极相互作⽤所产⽣的分⼦作⽤⼒。
分子间作用力——范德华力

分子间作用力——范德华力范德华力是指分子之间的作用力,这种作用力主要是由极性分子之间的电荷分布和氢键作用引起的。
它是最常见的分子间作用力,可以解释许多分子物理和化学特性。
范德华力从来没有被经典物理学所解释,它是由古典力学所忽视的,但是它是促使分子间作用的主要力量。
范德华力的发现是在20世纪30年代的荷兰物理学家Peter D. van der Waals的工作中的。
他发现了一种分子间的调整力,与其其他分子间力不同,这种力被称之为范德华力。
他发现,当分子破坏温和氢键时,一种弱小的但仍然可观测的力量将产生作用。
范德华力是一种范德华弛豫作用。
它是由分子间反应活动引起的,涉及到分子内和分子间能量的调整,这样可以使分子以最低的总能量排列在一起。
由于分子间的排斥力不够大,因此范德华力就发挥作用了。
还有一些其他的因素也可以影响范德华力的大小,比如空间气压。
范德华力是弱的电磁作用,只有在非常小的距离(几个原子半径)内才可以引起作用。
因此,范德华力可以看作是分子的低能状态的关键,它影响分子的结构和性质。
范德华力可以解释许多分子物理和化学特性,比如粘性、表面张力、溶解度等等。
这些特性可以归因于分子间的范德华力。
例如,范德华力使得液体有粘性,因为液体分子之间存在一种粘合作用;表面张力也是由范德华力引起的,当液体分子聚集在一起时,它们之间就会有一种粘合力,从而使表面变得紧密和被张力约束;溶解度也是范德华力的结果,因为溶质的分子在溶剂的分子之间存在一种扩散性的弱电荷,这样就会减小溶质分子的结合能,从而使溶质溶于溶剂。
范德华力也被认为是催化反应中的关键作用力。
催化剂的分子间可能有一种特殊的范德华弛豫作用,可以稳定反应产物,使反应的速率大大提高。
这种作用力可以促进反应的发生,也就是催化的过程。
范德华力也被用于生物物理学中,被认为是凝胶结构形成的原因之一。
一些生物物质,比如蛋白质和糖类,可以通过范德华力形成凝胶样结构,这种结构对于生物体的维持和维护有着很重要的作用。
分子间的作用力 课件

二、分子动理论 1.内容:物体是由_大__量__分__子__组成的,分子在永不停息地做_无__规__ _则__运动,分子之间存在着_引__力__和_斥__力__. 2.统计规律:由大量_偶__然__事__件__的整体所表现出来的规律.
(2)液体:液体分子间的距离也很小,液体分子可以在平衡 位置附近做无规则振动,而且液体分子的平衡位置不是固定的, 因而液体虽然具有一定的体积,却没有固定的形状. (3)气体:气体分子间距离较大,彼此间的作用力极为微小, 可认为分子除了与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外,分子 力可忽略.所以气体没有一定的体积,也没有一定的形状,总 是充满整个容器.
分子间的作用力
【探究导引】 人们常说“破镜难重圆”,也就 是把镜子打碎之后很难再恢复原 样,请思考以下问题:
(1)在打碎之前,玻璃分子靠什么结合在一起? (2)打碎之后的玻璃片再靠在一起时,分子之间还有作用力 吗?
【要点整合】 1.分子力:在任何情况下,分子间总是同时存在着引力和斥力, 而实际表现出来的是分子力,分子力是分子引力和斥力的合力. 2.分子力与分子间距离变化的关系 (1)平衡位置:分子间距离r=r0时,引力与斥力大小相等, 分子力为零.分子间距离等于r0(数量级为10-10 m)的位置.
统计规律及分子间相互作用的宏观表现 【探究导引】 我们知道物体是由分子组成的,那为什么物体有固态、液态、 气态等不同物质形态呢?我们用力拉橡皮筋,为什么感到橡皮 筋有弹力呢?
【要点整合】 1.统计规律:对大量的偶然事件整体起作用的规律.统计规律 表现这些偶然事件整体和必然的联系,而个别事件的特征和偶 然联系已经不是重点了. 2.分子间有相互作用的宏观表现 (1)当外力欲使物体拉伸时,组成物体的大量分子间将表现 为引力,以抗拒外界对它的拉伸. (2)当外力欲使物体压缩时,组成物体的大量分子间将表现 为斥力,以抗拒外界对它的压缩.
分子间力

Compound
AgF
r+/r-
Crystalline type Coordination number
0.85 NaCl
6:6
AgCl
0.63 NaCl 6:6
AgBr
0.57 NaCl 6:6
AgI
0.51 ZnS 4:4
Compound
CuF
CuCl
CuBr
CuI
r+/r-
0.72
0.53
0.49
氢键(hydrogen band)
● 氢键存在的证明 氢键和分子间作用力一样,
也是很弱的力. 与同系物性质的不同就是
由氢键引起的.
The structure of ice
● 氢键的结构特点
rH
d
θ
X
Y
R
Represent of hydrogen bond
这种方向与富电子 氢化物中孤对电子占 据的轨道在空间的伸 展方向有关.
,Be2+离子半径最小,又是2电子构型,因此Be2+有很大的极化能 力,使Cl-发生比较显著的变形,Be2+和 Cl-之间的键有较显著的 共价性。因此BeCl2具有较低的熔、沸点。BeCl2、MgCl2、CaCl2的 熔点依次为410℃、714℃、782℃。
● 溶解度降低 离子极化使离子键逐步向共价键过渡,根据相似
● 偶极矩 (dipole moment, µ) 表示分子中电荷分布状况的物理量,定义为正、负电重心间的
距离与电荷量的乘积. 分子电偶极矩是个矢量. 对双原子分子而言
,分子偶极矩等于键的偶极矩;对多原子分子而言,分子偶极矩则
等于各个键的偶极矩的矢量和.
● 双原子分子的极性取决于键的极性。
分子间的作用力(精)

分子间的作用力上面已经讨论了三种基本类型的化学键,它们都是分子内部原子间较强的结合力,是决定分子化学性质的主要因素。
在分子与分子之间还存在着较弱的作用力,它是决定物质的沸点、熔点、溶解度等物理性质的重要因素。
为了更好地说明分子间作用力,先谈一下分子极化的问题。
一、分子极化任何分子都有正、负电重心,任何分子又都有变形的性能。
因而在外电场的作用下,分子的电荷重心可发生相对的位移,即分子发生变形,这个过程就叫分子的极化(被极化)。
例如非极性分子,正、负电重心是重合的,但在外电场作用下,正负电重心可被拉开,发生变形并产生偶极(图3-59),这叫诱导偶极(外电场除去,偶极也消除)。
对于极性分子,其本身具有偶极这叫固有偶极,在没有外电场作用时极性分子的固有偶极由于热运动,而杂乱排列。
但在外电场作用下杂乱无章的极性分子可按电场方向定向排列起来,同时由于电场的作用而使偶极加大(固有偶极加诱导偶极)产生一定的变形(图3-60)。
由上可看出,无论非极性分子还是极性分子在外电场作用下都可发生极化作用。
二、分子间力的形成如果将外电场换成极性分子自身所产生的电场,这就与上述情况相似,彼此有相互作用,也就产生了分子间力,下面就分别来分析这方面的情况。
1.取向力当极性分子和极性分子相互接近时,它们的固有偶极的同极相斥而异极相吸,就使得极性分子按一定方向排列(图3-61),因而产生了分子间的作用力,这种力叫取向力。
显然,极性分子的偶极矩越大,取向力越大。
这种力只存在于极性分子与极性分子之间。
2.诱导力当极性分子和非极性分子相接近时,非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下,发生极化,而产生诱导偶极,然后诱导偶极与极性分子固有偶极相互吸引(图3——62)。
这种由于诱导偶极而产生的作用力,称为诱导力。
这种力产生于极性分子与非极性分子之间,当然极性分子与极性分子之间也互相诱导,因而也有这种力。
3.色散力非极性分子与非极性分子之间有无作用力?实验指出,N2、O2、H2……等气体,只要充分降温,都可以转变成液态和固态。
分子之间的作用力

斥力
引力 引力
斥力
r0
(平衡位置)
当两个分子之间的距离逐渐减小时
斥力
引力
引力
斥力
r0
(平衡位置)
当两个分子之间的距离逐渐减小时
斥力
引力 引力
斥力
r0
(平衡位置)
当两个分子之间的距离逐渐减小时
斥力
引力 引力
斥力
r0
(平衡位置)
(2)当r<r0时,随r的减小,F引、F斥都增
大,F斥比F引增大得快,F斥>F引,分子力表 现为斥力,r减小,分子力增大
分子之间有相互作用的引力和斥力
Hale Waihona Puke 当两个分子处于平衡位置时, 引力等于斥力. 当两个分子间的距离小于平衡位置间距离时, 斥力大于引力. 当两个分子间的距离大于平衡位置间距离时, 斥力小于引力. 当两个分子间的距离大于r0十倍以上时,引力 和斥力均趋于零.
(1)当r=r0=10-10m时,F引=F斥,分子 力F分=0,处于平衡状态
当两个分子之间的距离逐渐增大时
斥力
引力
引力
斥力
r0
(平衡位置)
当两个分子之间的距离逐渐增大时
斥力
引力
引力
斥力
r0
(平衡位置)
(3)当r>r0时,随r 的增加,F引、F斥都减
小,F斥比F引减小得快,F斥<F引,分子力 表现为引力
(对外表现为引力)
斥力
引力
引力
斥力
r0
(平衡位置)
(4)当r>10r0时,分子力等于0
引力和斥力均趋于零.
r
>10r0
(4)当r>10r0时,分子力等于0
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课堂练习
2.固体冰中不存在的作用力是 固体冰中不存在的作用力是 A.离子键 离子键 C. 氢键 B.极性键 极性键 D. 范德华力
(A )
3.氨气溶于水时,大部分NH 以氢键( 表示) 3.氨气溶于水时,大部分NH3 与H2O以氢键(用…表示) 氨气溶于水时 结合成NH3 H2O分子。则NH3 H2O最可能的结构式 结合成NH H 分子。 H 为(D )
A.H │ N—H …O—H │ │ H H C. H │ H—N…O—H │ │ H H
B. H │ N—H …H—O │ │ H H D. H │ H—N…H—O │ │ H H
预测下列各组物质沸点高低 (1)CH4、SiH4、GeH4、SnH4 Se、 (2)H2O、 H2S 、H2Se、 H2Te
Байду номын сангаас2O
一 些 氢 化 物 的 沸 点
CH4 HF H2Te H2Se AsH3 HBr GeH4 SbH3 HI SnH4
NH3
H2S HCl PH3 SiH4
二、氢键
水中氢键的形成 水中氢键的形成
Cl2 71 -101 -34.6
Br2 160 -7.2 58.78
I2 254 113.5 184.4
熔沸点逐渐升高
卤族元素单质的熔、 卤族元素单质的熔、沸点与相对分子质量
4. 影响范德华力大小的因素
(1)分子的大小(相对分子质量的大小) )分子的大小(相对分子质量的大小) 对于组成和结构相似的分子,范德华力一般随相对 对于组成和结构相似的分子,范德华力一般随相对 分子质量的增大而增大 如卤素单质) 的增大而增大( 分子质量的增大而增大(如卤素单质) 。 (2)分子的空间构型 ) 对于相对分子质量相同的分子分子间,相互接触的 对于相对分子质量相同的分子分子间, 表面积越大 范德华力越大( 越大, 表面积 越大 , 范德华力越大 ( 如正戊烷与新戊 烷) 。 (3)分子的电荷分布是否均匀 ) 对于相对分子质量相同的分子,分子中的电荷分布 对于相对分子质量相同的分子,分子中的电荷分布 越不均匀,范德华力越大( 越不均匀,范德华力越大(如N2和CO) 。 )
6、氢键对物质性质的影响 、
思考与讨论 (1)为什么甲醇、乙醇等低级醇能与水任意比互溶? )为什么甲醇、乙醇等低级醇能与水任意比互溶? (2)纸巾与棉花等为什么能够吸水? )纸巾与棉花等为什么能够吸水? (3)对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛是同分异构体, )对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛是同分异构体, 但邻羟基苯甲醛的熔沸点比对羟基苯甲醛低。 但邻羟基苯甲醛的熔沸点比对羟基苯甲醛低。已知邻 羟基苯甲醛可形成如下图的分子内氢键, 羟基苯甲醛可形成如下图的分子内氢键,分析对羟基 苯甲醛可否形成分子内氢键,并解释二者熔沸点差异 苯甲醛可否形成分子内氢键, 的原因。 的原因。
4、氢键的特征 、
(1)方向性 ) X—H ··· Y尽可能在同一条直线上 尽可能在同一条直线上 (2)饱和性 ) X—H上的 只能和一个 原子结合 上的H只能和一个 上的 只能和一个Y原子结合
5、氢键的强弱 、
F—H … F O—H … O N—H … N 一般X、 元素的电负性越大 半径越小, 元素的电负性越大、 一般 、Y元素的电负性越大、半径越小,形成的 (HF中) 中 (H2O中) 中 (NH3中) 氢键越强。例如: 氢键越强。例如:F-H···F ﹥O-H···O ﹥N-H···N 28 19 17 氢键键能 (kJ/mol) 共价键键能 (kJ/mol) 568 462.8 390.8
(3)CH3OH与CH3OH (4)CH4与CH4 ) 与 )
3、氢键的表示方法 、
X—H ··· Y 氢键
思考与讨论 CH3COOH分子间能否形成氢键? 分子间能否形成氢键? 分子间能否形成氢键 已知CH3COOH分子可通过氢键双聚形成八元环,画 分子可通过氢键双聚形成八元环, 已知 分子可通过氢键双聚形成八元环 出其结构示意图。 出其结构示意图。
分子间氢键
分子内氢键
6、氢键对物质性质的影响 、
思考与讨论 (4)醋酸与硝酸是相对分子质量相近的两种分子,但 )醋酸与硝酸是相对分子质量相近的两种分子, 醋酸熔沸点明显高于硝酸, 醋酸熔沸点明显高于硝酸,分析它们可能含有的氢键 类型。 类型。 (5)解释水结冰时体积膨胀、密度减小的原因。 )解释水结冰时体积膨胀、密度减小的原因。
6、氢键对物质性质的影响 、
思考与讨论 (6)试设想一下,如果没有氢键,地球会是一幅什么 )试设想一下,如果没有氢键, 样的景象? 样的景象?
课堂练习
1.下列事实与氢键有关的是 1.下列事实与氢键有关的是 ( ) B A.水加热到很高的温度都难以分解 A.水加热到很高的温度都难以分解 B.水结成冰体积膨胀,密度变小 B.水结成冰体积膨胀, 水结成冰体积膨胀 C.CH4、SiH4、GeH4 、 SnH4的熔点随相对分子质量的 增大而升高 D.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 D.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
1、氢键的本质 静电作用力 、 2、氢键的形成条件 、
(1)分子中有几乎将质子裸露在外、显正电性的H原子, 分子中有几乎将质子裸露在外、显正电性的 原子 原子, 分子中有几乎将质子裸露在外 通常就是F—H、 O—H、 N—H上的 原子。 上的H原子 通常就是 、 、 上的 原子。 (2)分子中有半径小、电负性大且带孤对电子的非金属 分子中有半径小、 分子中有半径小 原子,通常就是F、 、 原子 原子。 原子,通常就是 、O、N原子。 思考与讨论 下列各组分子间能否形成氢键: 下列各组分子间能否形成氢键: (1)NH3与H2O ) (2) HCl与HCl ) 与
专题3 专题3 第四单元
分子间作用力
分子间作用力是化学键吗? 分子间作用力是化学键吗? 区别: 区别
分子间作用力 存在于何 种微粒之间 相互作用的 强弱 分子与分子间 弱(几到几 十kJ/mol) )
不是
化 学 键 相邻原子间 强( 120~ ~ 800 kJ/mol) )
HCl分子中, HCl分子中, H-Cl 键能为 431kJ/mol , 分子中 HCl分子间, 分子间的作用力为 21kJ/mol 。 HCl分子间, 分子间
5. 范德华力对物质性质的影响
范德华力对哪类物质的性质产生影响? 范德华力对哪类物质的性质产生影响?对物质的哪 类性质产生影响? 类性质产生影响? 影响由分子组成物质的一些物理性质: 如熔点、 影响由分子组成物质的一些物理性质: 如熔点、沸 溶解度等。 点、溶解度等。
思考与讨论: 思考与讨论:
(1)干冰易升华为二氧化碳气体,而二氧化碳气体即使加热 干冰易升华为二氧化碳气体, 也不易分解,为什么? 也不易分解,为什么 (2)下列两组物质的沸点高低顺序如何? 下列两组物质的沸点高低顺序如何? a.甲烷 乙烷、丙烷、 甲烷、 a.甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷 b.正戊烷 异戊烷、 正戊烷、 b.正戊烷、异戊烷、新戊烷 (3)为什么氧气在水中的溶解度比氮气大? 为什么氧气在水中的溶解度比氮气大?
一、范德华力
1、范德华力的本质 、 静电作用力 2、范德华力的存在范围 、 分子与分子之间 分子与分子之间 3、范德华力的特征 、 方向性? 无 饱和性 无 方向性?
4. 影响范德华力大小的因素
物质 相对分子量 熔点(℃) 熔点( 沸点( 沸点(℃) 熔沸点变化 趋势
F2 38 -219.6 -188.1