分子间作用力
(1)色散力:瞬时偶极和瞬时偶极之间产生的吸引力。
瞬时偶极:由于分子在某瞬间正负电荷中心不重合所产生的一种偶极。
色散力普遍存在于一切分子之间。
(2)诱导力:由固有偶极和诱导偶极之间所产生的吸引力。
诱导偶极:由于分子受外界电场包括极性分子固有偶极场的影响所产生的一种偶极。
诱导力存在于极性分子与非极性分子之间;
极性分子与极性分子之间。
(3)取向力:由固有偶极之间所产生的吸引力。
取向力只存在于极性分子与极性分子之间。
非极性分子与非极性分子间之间:只有色散力;非极性分子与极性分子之间:具有色散力和诱导力;极性分子与极性分子之间:具有色散力、诱导力和取向力。
分子间力(范德华力):色散力、诱导力和取向力的总称。
分子间力比一般化学键弱得多,没有方向性和饱和性。
三种力的关系
极性分子与极性分子之间,取向力、诱导力、色散力都存在;极性分子与非极性分子之间,则存在诱导力和色散力;非极性分子与非极性分子之间,则只存在色散力。
这三种类型的力的比例大小,决定于相互作用分子的极性和变形性。
极性越大,取向力的作用越重要;变形性越大,色散力就越重要;诱导力则与这两种因素都有关。
但对大多数分子来说,色散力是主要的。
实验证明,对大多数分子来说,色散力是主要的;只有偶极矩很大的分子(如水),取向力才是主要的;而诱导力通常是很小的。
极化率α反映分子中的电子云是否容易变形。
虽然范德华力只有0.4—4.0kJ/mol,但是在大量大分子间的相互作用则会变得十分稳固。
比如C—H在苯中范德华力有7kJ/mol,而在溶菌酶和糖结合底物范德华力却有60kJ/mol,范德华力具有加和性。
色散力的性质
分子量大,则分子间作用力中的范德华力中的色散力就大,而色散力又是范德华力的主要部分,因此分子间作用力就大,破坏较难,熔沸点较高。但若形成氢键,则例外,反常的高。
由于这种力的存在,常温下是气态的物质,在降温和加压时能够凝聚成液态,再能凝结成固态的分子晶体。
在发生物态变化时分子的组成不变,只是分子间距离缩短(或伸长),分子的运动逐步由无序向有序(或者相反)过渡。
分子间作用力约比化学键的作用力小1~2个数量级。
分子间作用力约为每摩尔几个到几十个千焦,作用力范围约为300~500pm。
分子间作用力来源于分子间的取向力、诱导力和色散力。
取向力只存在于极性分子间,是极性分子间靠具有电性的永久偶极间的相互作用。
诱导力存在于极性分子间和极性分子与非极性分子间。
非极性分子受极性分子偶极电场的影响。能使正、负电荷中心发生位移,产生诱导偶极。诱导偶极和极性分子永久偶极间的作用力就是诱导力,又叫变形极化作用力。
色散力又叫瞬时极化作用力,普遍存在于各种分子之间,因为非极性分子也会由于电子运动和原子核振动而发生瞬时相对位移而形成瞬时偶极,于是瞬时偶极间发生相互作用。
例如,在卤化氢(HF除外)分子中,HCl分子的极性最大,它的诱导力和取向力也最大;HI的变形性最大,它的色散力最大。
极性小的分子间主要存在色散力,取向力和诱导力占的比重极小;极性大的分子之间,取向力和诱导力所占比重明显增大。
分子间作用力是决定物质物理性质(如熔点、熔化热、沸点、气化热、溶解度、表面张力和粘度等)的主要因素。可以根据相似物质的分子间作用力大小来推断这些物质物理性质的递变规律。
诱导力与极性分子偶极矩的平方成正比。
诱导力与被诱导分子的变形性成正比,通常分子中各原子核的外层电子壳越大(含重原子越多)它在外来静电力作用下越容易变形。
相互作用随着1/r6而变化,诱导力与温度无关。
其公式:α为极化率。
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