分子间的相互作用讲义与溶剂特性
溶质与溶剂的相互作用
温度影响：温度升高，溶解度增大；温度降低，溶解度减小。
压力影响：压力增大，溶解度增大；压力减小，溶解度减小。
溶剂性质影响：极性溶剂中，极性溶质溶解度较大；非极性溶剂中，非极性溶质溶解度较大。
溶质性质影响：分子间作用力强的溶质，溶解度较小；分子间作用力弱的溶质，溶解度较大。
溶解平衡
定义：溶质与溶剂达到动态平衡的状态
溶解度与温度：温度升高，溶解度增大；温度降低，溶解度减小
溶解度曲线：表示溶质在不同温度下溶解度的变化关系
溶解度：溶质在溶剂中达到饱和状态时的浓度
分子间作用力
范德华力：溶质与溶剂分子间的主要作用力
氢键：溶质与溶剂分子间可能存在的特殊作用力
离子键：溶质与溶剂分子间可能存在的强作用力
疏水作用：溶质与溶剂分子间可能存在的排斥作用力
在工业生产中的应用
制药行业：药物的溶解和提取
食品行业：食品添加剂的溶解和提取
化学工业：化学反应中的溶质与溶剂的相互作用
环保行业：废水处理中的溶质与溶剂的相互作用
溶质与溶剂的相互作用的未来研究展望
新材料的探索与应用
新型溶质与溶剂的探索：寻找具有特殊性质的溶质和溶剂，以实现更广泛的应用。
新型溶质与溶剂的应用：研究新型溶质与溶剂在生物医药、环保、能源等领域的应用。
压力的影响
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压力对溶解速度的影响：增加压力，溶解速度加快
压力对溶解度的影响：增加压力，溶解度增大
压力对溶解平衡的影响：增加压力，溶解平衡向溶解方向移动
压力对溶液性质的影响：增加压力，溶液的黏度、密度等性质发生变化
溶质和溶剂的特性影响
溶质和溶剂的极性：极性相似的溶质和溶剂更容易相互溶解
溶质和溶剂的特性
溶质和溶剂的特性溶质和溶剂是化学中非常重要的概念，它们在溶液中扮演着不可或缺的角色。
本文将介绍溶质和溶剂的特性，包括它们的定义、性质、相互作用以及对溶液形成和性质的影响。
一、溶质的特性溶质是指在溶液中被溶解的物质。
当溶质与溶剂发生相互作用时，会发生各种物理或化学变化。
下面是溶质的一些主要特性：1. 粒子大小：溶质可以是一个小分子、离子或更大的分子。
这些粒子的大小直接影响着它们在溶液中的行为。
小分子溶质通常更容易被溶解，而离子则会通过与溶剂的相互作用产生离子化。
2. 极性：溶质可以是极性的或非极性的。
极性分子在水等极性溶剂中更容易溶解，因为它们之间存在着电荷间的相互吸引力。
非极性溶质通常更容易溶解在非极性溶剂中，如石油醚。
3. 溶解度：溶质的溶解度指的是在给定的溶剂中能溶解的最大量。
溶解度受溶质和溶剂之间相互作用的影响。
一些溶质的溶解度受温度、压力和溶液浓度等因素的影响。
二、溶剂的特性溶剂是指用于溶解溶质的物质。
它可以是液体，固体或气体，并且通常是无色和无味的。
以下是溶剂的一些主要特性：1. 极性：溶剂可以是极性的或非极性的。
与极性溶剂相比，非极性溶剂通常更易于溶解非极性分子。
同时，极性溶剂也可以溶解极性分子和离子。
2. 极性指数：一个溶剂的极性可以通过极性指数来衡量。
极性指数较高的溶剂通常更喜欢与极性分子发生相互作用，而极性指数较低的溶剂则更容易溶解非极性分子。
3. 沸点和沸点：溶剂的沸点和沸点也常常决定了其在实际应用中的使用性能。
低沸点溶剂在溶液制备中通常更便于去除，而高沸点溶剂在温和条件下被广泛应用于有机合成。
三、溶质和溶剂的相互作用溶质和溶剂之间的相互作用对于溶液的形成和性质起着重要作用。
根据它们之间的相互作用类型，溶质和溶剂可以进一步分为以下几类：1. 同性相互作用：当溶质和溶剂是相同的物质时，它们之间的相互作用称为同性相互作用。
例如，水可以与水形成氢键，形成水合物。
2. 极性相互作用：当极性溶质与极性溶剂发生相互作用时，它们之间的极性相互作用可以导致物质的溶解和解离。
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
高分子中的分子间相互作用
第四章分子间相互作用和超分子组装§4-1 分子间相互作用4-1-1 引言高分子材料中的分子间相互作用是一个庞大而发展迅速的研究课题，也是研究高分子色彩缤纷的凝聚态结构和性能的核心问题。
众所周知，化学是关于物质及其相互转化的科学，生命现象是其最高表现形式。
从1828年人工制备尿素至今的160年中，分子化学已经发展了很多非常复杂和有效的方法，通过以控制和精确的模式打开和组成原子间共价键构造出越来越复杂的分子。
化学工业已成为当今社会造福于人类，同时也给人类带来许多挑战性课题的最重要的工业部门之一。
现代化学与十八、十九世纪的经典化学相比，其研究内容、研究方法、研究特点已不可同日而语。
现代化学的显著特点之一是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别、细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究，从分子内的原子排列向分子间的相互作用发展，新近不久出现的超分子化学就是现代化学生机勃勃发展的最新分支和充满希望的代表。
1987年，美国科学家C.J.Pederson，D.J.Cram，和法国教授J.M.Lehn因在超分子化学研究中的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。
J.M.Lehn教授在获奖演说中为超分子化学作了简要注释：超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间相互作用缔结而成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学。
简而言之，超分子化学是研究多个分子通过非共价键（次价键）作用而形成的功能体系的科学。
如果说分子化学是建立在共价键基础上的，那么超分子化学就是建立在分子间非共价键基础上的学科。
该学科的目标是要对分子间相互作用加以控制。
超分子化学是一门新兴的处于近代化学、材料科学和生命科学交汇点的前沿科学。
它的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等）的发展密切相联，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新颖有机材料的研究息息相关。
从某种意义上讲，超分子化学超越了分子化学，淡化了有机化学、无机化学、生物化学、和材料科学相互之间的界限，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系，将四大基础化学有机地合为一个整体，融会贯通。
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
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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；
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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
《分子结构与物质的性质》 讲义
《分子结构与物质的性质》讲义一、分子结构的基本概念在我们探讨物质的性质之前，首先需要了解分子结构的一些关键概念。
分子是由原子通过一定的化学键结合而成的。
原子之间的结合方式和相互作用决定了分子的结构。
化学键主要包括共价键、离子键和金属键。
共价键是原子之间通过共用电子对形成的，这种键在大多数有机化合物中常见。
离子键则是由正负离子之间的静电吸引力形成的，比如氯化钠就是典型的离子化合物。
金属键存在于金属中，使金属具有良好的导电性和导热性。
分子的形状和空间构型对于其性质有着重要的影响。
例如，甲烷分子（CH₄）呈正四面体结构，而水分子（H₂O）呈 V 形结构。
分子的空间构型可以通过价层电子对互斥理论（VSEPR）来预测。
二、分子结构对物理性质的影响1、熔点和沸点分子间的作用力对物质的熔点和沸点有着显著的影响。
分子间作用力包括范德华力（包括色散力、诱导力和取向力）和氢键。
一般来说，相对分子质量越大，分子间的范德华力越强，物质的熔点和沸点就越高。
例如，在同主族元素的氢化物中，随着相对分子质量的增加，熔点和沸点通常会升高。
但如果分子间存在氢键，如在水中，由于氢键的作用，水的沸点会明显高于同主族的其他氢化物。
2、溶解性“相似相溶”原理是溶解性的一个重要规律。
极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。
例如，乙醇（CH₃CH₂OH）是极性分子，易溶于水这种极性溶剂；而苯（C₆H₆）是非极性分子，易溶于四氯化碳（CCl₄）这种非极性溶剂。
3、密度分子结构也会影响物质的密度。
一般来说，分子结构紧密的物质密度较大，而分子结构疏松的物质密度较小。
三、分子结构对化学性质的影响1、反应活性分子的结构决定了其反应活性的部位和反应的难易程度。
例如，在有机化学中，苯环上的不同位置由于电子云密度的差异，在进行取代反应时的活性不同。
2、稳定性分子的化学键强度和空间构型影响其稳定性。
具有稳定结构的分子在一般条件下不易发生反应，而结构不稳定的分子则容易发生分解或转化。
分子间相互作用与溶剂特性资料讲解
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。
第2章 第3节 第2课时 分子间作用力 分子的手性(讲义)【新教材】
表示形成的氢键。
(3)氢键的本质和性质氢键的本质是静电相互作用，它比化学键弱得多，通常把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。
氢键具有方向性和饱和性，但本质上与共价键的方向性和饱和性不同。
①方向性：A—H…B 三个原子一般在同一方向上。
原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系最稳定。
①饱和性：每一个A—H 只能与一个B 原子形成氢键，原因是H 原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到A 、B 原子电子云的排斥。
(4)分类：氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两类。
存在分子内氢键，存在分子间氢键。
前者的沸点低于后者。
(5)氢键对物质性质的影响：氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点升高，分子内氢键使物质熔、沸点降低。
3．溶解性(1)“相似相溶”规律非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂，如蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳；萘和碘易溶于四氯化碳，难溶于水。
(2)影响物质溶解性的因素①外界因素：主要有温度、压强等。
①氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好(填“好”或“差”)。
①分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，其溶解性越大，如乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。
二、分子的手性1．概念(1)手性异构体：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体(或对映异构体)。
(2)手性分子：具有手性异构体的分子。
2．手性分子的判断(1)判断方法：有机物分子中是否存在手性碳原子。
(2)手性碳原子：有机物分子中连有四个各不相同的原子或基团的碳原子。
如，R 1、R 2、R 3、R 4互不相同，即C *是手性碳原子。
课时训练 1．下列说法正确的是A ．白磷和单质硫融化时，克服的微粒间作用力类型相同B ．在有机物CH 3COOH 中，所有原子均形成了8电子稳定结构C ．H 2O 分子中H -O 键键能很大，故水的沸点较高D ．NaHSO 4固体中，阴阳离子的个数之比为1：22．下列关于氢键的说法正确的是A ．由于氢键的作用，3NH 、2H O 、HF 的沸点反常，且沸点高低顺序为23H O HF NH >>B ．氢键只能存在于分子间，不能存在于分子内C ．水在1000①以上才会部分分解是因为水中含有大量的氢键D ．邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的原因是前者不存在氢键3．下列有关物质性质的比较，结论不正确的是A ．离子还原性：S 2->Cl ->Br ->I -B ．酸性：HClO 4＞HClO 3＞HClOC ．键角：SiH 4＞PH 3＞H 2SD ．结合质子能力：OH -＞CH 3COO -＞Cl -4．下列说法正确的是A ．冰和碘晶体中相互作用力相同B ．在所有的元素中，氟的第一电离能最大C ．共价键的成键原子只能是非金属原子D ．元素“氦、铷、铯”等是通过原子光谱发现的5．下列化合物的沸点，前者低于后者的是A ．乙醇与氯乙烷B ．C 3F 8(全氟丙烷)与C 3H 8C ．对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛D ．邻羟基苯甲酸()与对羟基苯甲酸() 6．下列说法正确的是A ．化学变化中往往伴随着化学键的破坏与形成，物理变化中一定没有化学键的破坏或形成B ．H 2和Cl 2在光照条件反应生成HCl ，一定有共价键的断裂和形成C ．在O 2、CO 2和He 中，都存在共价键，它们均由分子构成D．硫酸钾和硫酸溶于水都电离出硫酸根离子，所以它们在熔融状态下都能导电7．下列关于Si、P、S、Cl及其化合物结构与性质的论述错误的是A．中心原子的半径依次减小是H4SiO4、H3PO4、H2SO4、HClO4中羟基的数目依次减小的原因之一B．结构简式为Cl-的物质中含有不对称原子P，该物质可能有旋光性C．SiCl4、PCl3、SCl2中键角最大的是PCl3D．实验测定分子的极性大小可以区别顺—1，2—二氯乙烯和反—1，2—二氯乙烯8．下列现象，不能用氢键知识解释的是A．葡萄糖易溶于水B．在4①时水的密度最大C．HClO4是一种强酸D．水通常情况下是液态9．(1)依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照下图B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置___________。
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分子间的相互作用与溶剂特性
非极性分子：正负电荷重心重合。如CH4、BF3、CCl4 极性分子：正负电荷重心不重合。如NH3
μ：(a) 可通过实验方法测得； (b) 用于判断分子极性的大小和空间构型。
分子间作用力
分类 联系 量度
分子的极性与键的极性
分子的极性
键的极性
1、极性分子 2、非极性分子
谢谢观看
X—H···Y X，Y=F、O、N （虚线所示为氢键） X：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子
分子间作用力
2. 氢键的特点 氢键不是化学键
F
F
H
H 134° H
H
F
F
①键能介于化学键和分子间作用力之间 ②具有饱和性和方向性
分子间作用力
F
F
H
H 134° H
H
F
F
F
H 氢键的饱和性
● 同种分子之间氢键。 如H2O、HF、NH3等。
●不同种分子之间氢键。 如H2O与NH3、甲醇与水、乙醇与水等。
分子间作用力
（2）分子内氢键 H 两侧的电负性大的原子属于同一分子
O
O
NH
H
O
O 邻硝基苯酚
ON O
硝酸
分子间作用力
5. 氢键对物质性质的影响 (1) 有分子间氢键的化合物的熔点和沸点比没有氢键的
1、极性共价键 2、非极性共价键
双原子分子两者统一 多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间 构型有关 ）
电偶极矩
电负性差
2.分子的偶极 正负电荷中心不重合便产生偶极 （1）永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。
（2）诱导偶极 外电场的作用使 分子变形产生的 偶极
这种现象称为 分子的极化
由于 H 的体积小，1 个 H 只能形成一个氢键 。
分子间作用力
H F
F
HH F
氢键的方向性
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。
3、氢键的强弱顺序：和H两侧的原子的电负性有关
F－H…F > F－H…O > O－H…O > O－H…N > N－H…N
4、氢键的类型：分子内氢键和分子间氢键 （1）分子间氢键
分子间的相互作用也 可产生极化
（3）瞬时偶极 分子自身振动所
致，分子越大越容易 变形，瞬时偶极越大。
分子间作用力
二、van der Waals力 取向力:由于极性分子的取向而产生的分子间吸引作用。
HCl in solid
HCl in liquid
极性分子--极性分子
分子间作用力
二、van der Waals力
van der Waals力的分布 非极性分子之间
极性分子和非极性分子之间 极性分子之间
取向力 √
诱导力
√ √
色散力
√ √ √
分子间作用力
三、氢键(hydrogen bond)
1、氢键形成的条件： （1）氢与电负性大、半径小的元素成键 （2）分子中有电负性大具有孤电子对，半径小的
元素（F、O、N）。
诱导力:由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。
极性分子—非极性分子; 极性分子--极性分子
分子间作用力
二、van der Waals力
色散力:由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。
非极性分子之间; 极性分子—非极性分子; 极性分子之间
分子间作用力
van der Waals力的特点：
它是静电引力，作用能比化学键小1～2个数量级 它的作用范围只有几十到几百pm； 它不具有方向性和饱和性； 大多数分子色散力为主。
同类化合物为高。 (2) (3) 例: HF, HCl, HBr和HI中哪个物质熔沸点最高？ (4) HF的熔、沸点最高。
(2) 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 ：
O2N
OH
没有分子内氢键 m.p. 113 － 114 ℃
H
O
OLeabharlann N O有分子内氢键 m. p. 44 － 45 ℃