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分子间作用力?

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从微观的分子世界来看,分子不断的运动,但其彼此间存在着某些吸引或排斥的力量。由荷兰物理学家约翰内斯?凡得瓦(Johannes van der Waals)所发现,因此又名凡得瓦力(Van der waals force)。

凡德瓦力(Van der waals force)有三种不同类型,依照分子的极性不同可分为:

1. 偶极-偶极力(dipole-dipole interaction)
2. 偶极-诱导偶极力(dipole-induced dipole interaction)
3. 伦敦分散力(London dispersion force)

偶极-偶极力(dipole-dipole interaction):

偶极-偶极力为极性分子与极性分子间的作用力,因极性分子的合偶极矩>0,会造成分子内的电荷分布不均而形成永久偶极产生正负端,由此正负端所形成的静电作用力即为偶极-偶极力。

图片来源:David W. Ball Introduction Chemistry Chapter 10

偶极-诱导偶极力(dipole-induced dipole interaction):

极性分子与非极性分子互相靠近时,极性分子的永久偶极所形成的正负电荷端会极化邻近的非极性分子,使非极性分子产生临时偶极也形成正负端,此两个正负端之间的静电吸引力即为偶极-诱导偶极力。

伦敦分散力(London dispersion force):

伦敦分散力又称诱导偶极-诱导偶极力,由于电子不断运动,一个分子会在某些时刻造成电荷分布不对称而形成一个「瞬间」微弱的偶极矩,造成微弱的正负端而彼此互相吸引。伦敦分散力为一个临时的吸引力,非常微弱,但却是钝气依然能在低温下液化的最大原因。所有分子之间无论是极性分子还是非极性分子都具有分散力的存在。分散力的强度与分子大小与形状有关。

图片来源:http://www.tutorhelpdesk.com/homeworkhelp/Chemistry-/Classification-Of-Crystalline-Solids-Assignment-Help.html

 

综合以上论述,决定凡德瓦力大小的因素为:

  1. 分子极性:分子量相近时,极性分子造成的有极矩较大,凡德瓦力较大。
  2. 分子大小:分子(分子量)越大所含的电子数越多,其凡德瓦引力越大。
  3. 分子形状:分子形状越不对称,出现电子分布不均的机率较大,其凡德瓦力越大。

氢键(Hydrogen bond)

在某些特殊的分子中,存在着氢键,属于一种永久偶极的分子间作用力。氢键发生在已经以共价键与其他原子键结的氢原子与另一原子之间(X-H…Y),通常氢键作用时氢原子两边的原子有较强的电负度(F、O、N),使其端带部分负电荷,而氢端带部分正电荷,带有部分正电的氢能吸引邻近电负度较大的F、O、N上的孤对电子而形成氢键。

氢键表示法:

图片来源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm

 

其中,?X属于电负度大的原子(如F、O、N),Y必须具有未共用电子对。

氢键的特性:

  1. 氢键具有方向性。
  2. 分子间若能形成氢键者,其熔点、沸点会较高。
  3. 溶质与溶剂间易形成氢键者,溶解度较大(同类互溶)。
  4. 液体分子间若有氢键形成,则分子间作用力增大,其黏度较大。

?分子内氢键:

有些分子结构其原子排列恰巧适合使氢件发生在本身分子内部,则形成分子内氢键。通常发生在五边形或六边形的分子最适合,且尽量在同平面上。分子内的氢键可使分子更稳定地存在。

图片来源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm


参考资料

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force
  2. http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-6.htm
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Intermolecular_force
  4. http://www.ch.ntu.edu.tw/~gcuni90/lifesci/bullte/interaction.htm
  5. http://www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/disperse.html
  6. http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm
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