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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4-4,分子间作用力,4-1,极性分子与非极性分子,（,1,）键的极性,键,的极性由两元素的电负性差,x,决定或由键矩决定。,x,越大，键的极性越大。,（,2,）分子的极性,极性分子：,正电荷重心和负电荷重心不互相重合的分子。,非极性分子：,两个电荷重心互相重合的分子。,由非极性键构成的分子,一定是非极性分子。,如，单质多原子分子：,H,2,、,Cl,2,、,S,8,、,P,4,等。,由极性键构成的分子，分子是否,有极性，还与分子的空间构型有关。,由极性键构成的分子,是否一定是极性分子？,若键的极性在分子中可相互抵消，则为非极性分子。,如：,BF,3,、,CH,4,、,CCl,4,、,CO,2,等。,若键的极性在分子中不能相互抵消，则为极性分子。,如：,NH,3,、,H,2,O,、,PCl,3,、,SO,2,等。,（,3,）偶极矩（,dipole moment,）,分子极性的大小,可由,偶极矩,来衡量：,偶极矩,=,q,d,d,偶极长,正电荷重心,和,负电荷重心,的,距离。,偶极长,d,、,偶极子电荷,q,是无法测定的，但,偶极矩,可通过实验测得,d,q,+,q,-,的单位为,D,（德拜）,，,1D=3.3310,-30,Cm,。,因为一个电子的电量是,1.610,-19,C,，分子的直径在,10,-10,m,数量级,，所以，分子电偶极矩大小数量级为,10,-30,(Cm),。,是一个,矢量,，,方向,在化学中是从,正极,到,负极,。,一些分子的,偶极矩：,表,4-13,一些分子的偶极矩,分 子,/D,分 子,/D,H,2,0,H,2,O,1.85,N,2,0,HCl,1.03,BCl,3,0,HBr,0.79,CO,2,0,HI,0.38,CS,2,0,NH,3,1.66,H,2,S,1.1,CO,0.12,SO,2,1.6,HCN,2.1,极性分子的这种,固有偶极,叫做,永久偶,极矩,。,外电场影响下,所,产生的偶极,叫,诱导偶,极。,诱导偶极矩,(,),的大小与外电场强度,成正比。,（,4,）,分子的极化,与,瞬间偶极,：,分子的正、负电荷重心,在外电场的影响下,会发生变化：,=0,+,有外电场时,无外电场时,极性分子,非极性分子,图,4-51,外电场对分子极性的影响示意图,非极性分子被极化,后，产生,诱导偶极,极性分子在电场的,诱导下，也能产生,诱导偶极，且总偶,极矩增大。,分子在外电场中,(,或正、负离子本身的电场中,),发生变形，产生,诱导偶极的过程,叫,分子的极化,。,即使没有外电场存在，在某一瞬间，分子的正电荷重心和负电,荷重心也会发生不重合现象，这时产生的偶极称,瞬间偶极。,4-2,分子间作用力,范德华,(,Van,der,Waals,),力,气体能凝结成液体，固体表面有吸附现象，毛细管内,的液面会上升，粉末可压成片等，这些现象都证明分子与,分子之间有引力存在，通常把,分子间力,叫做,范德华力,。,分子间力,是一种较弱的相互作用力，,其结合能一般,小于,40kJmol,-1,，,比化学键能小,12,个数量级,。,分子间力的性质属于电学性质，分子间力的产生与分,子的极化有关。对于范德华力本质的认识是随着量子力学,的出现而逐步深入的。,但,范德华力,是决定,共价化合物,的,熔点、沸点高低、,溶解度大小,等物理性质的一个重要因素。,范德华力一般包括三个部分：,取向力（极,极）：,永久偶极而产生的相互作用力。,色散力,(,所有分子间均存在,),：,由于存在“瞬间偶极”而产生,的相互作用力。,诱导力,(,极,非极，极,极,),：,诱导偶极同极性分子的永久偶,极间的作用力叫做诱导力。,色散力,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,取向力,+,+,+,诱导力,分子间范德华引力的特点：,(,a,),永远,存在于分子或原子间的一种静电作用力。,(,b,),它是,吸引力,，其,大小,比化学键能小,12,个数量级。,(,c,),一般,没有,方向性和饱和性。,(,d,),作用范围只有,几,pm,。,(,e,),范德华力有三种。除强极性分子外，,色散力永远是主要的,。,表,4-14,分子间的作用能,(kJ,mol,-1,),的分配,范德华力,对,共价化合物,物理性质的影响：,分子间,范德华力的大小,可说明,共价化合物,间,的物理性质差异：,如，熔点、沸点的高低，溶解度的大小，,液化、结晶现象及相似相溶原理,等等。,问题,:,决定物质熔点、沸点的因素还有哪些,?,如：离子晶体；金属晶体；原子晶体。,4-3,离子的极化,来自异号离子的电场作用使离子的电子云偏,离球对称，产生诱导偶极矩的过程称,离子极化,。,离子的极化作用,实际上是一种,诱导力,。,正负离子都有极化对方的能力和被对方极化的可能。,但,通常把正离子视为极化者,、,负离子为被极化者,。,弱极化,未极化,强极化,离子极化的结果：,正、负离子的电子云发生变形，变成非球状离子，,电子云发生部分重叠，表现出一定的共价性，正、负离,子,间的引力增强。,极化导致键长缩短，键能、晶格能增加；配位数下降，,结构向层型、链型、岛型过渡；溶解度降低，等等。,键的极性的增大,离子相互极化的增强,图,4-55,由,离子键,向,共价键,的过渡,（,1,）离子的,极化力,和,变形性,极化力,(,),一种离子使邻近的异性离子极化而,变形的能力，,通常,阳离子极化力占主导,。,高电荷、小半径的阳离子,有强的极化力,。如：,Al,3+,、,B,3+,、,Si,4+,、,Cu,2+,、,Fe,3+,等。,变形性,受异性离子极化而发生电子云变形的能力。,阴离子变形性占主导，,变形性的大小,用,极化率,衡量。,正离子,因电荷高、半径小，通常不易被极化变形；,负离子,因半径较大，故容易受阳离子电场影响而变形。,（,2,）离子的极化作用的一般规律,(,a,),高电荷、小半径的阳离子,有强的极化力,。,如：,H,+,、,Li,+,、,Be,2+,、,Sn,4+,、,Fe,3+,等；,Fe,3+,Fe,2+,，,Sn,4+,Sn,2+,；,Be,2+,Mg,2+,Ca,2+,Ba,2+,。,(,b,),阳离子的壳层结构,对极化力大小的影响：,18,e,、,(18+2),e,、氦,(Li,+,),壳层结构的阳离子,(917),e,不规则,构型的离子,(,d,区,),8,e,稀有气体,构型的离子,(,c,),复杂阴离子的极化作用通常较小,(,如,SCN,-,),，但电荷高,的复杂阴离子有一定的极化作用,(,如,SO,4,2-,和,PO,4,3-,),。,（,3,）离子的变形性的一般规律,(,a,),大半径、高电荷的简单阴离子变形性大,。,如：,S,2-,、,I,-,、,Se,2-,等,等,。,(,b,),18,e,、,(18+2),e,壳层结构的低电荷阳离子，其变形性比,相近半径的稀有气体构型阳离子大得多。,如：,Hg,2+,、,Ag,+,、,Pb,2+,等等。,(,c,),复杂阴离子的变形性通常不大,。复杂阴离子的中心原,子氧化数越高，变形性越小。如：,ClO,4,-,、,SO,4,2-,等,。,(,d,),电子构型相同的离子，半径越大，变形性越大。,如：,Li,+,Na,+,K,+,Rb,+,Cs,+,F,-,Cl,-,Br,-,AgBr,AgI,因为,X,-,的变形性,：,I,-,Br,-,Cl,-,如：,ZnI,2,CdI,2,HgI,2,溶解度,(g/100gH,2,O),：,432 86.2,难溶,因为,18,e,构型的阳离子容易变形，变形性,：,Hg,2+,Cd,2+,Zn,2+,。,(,d,),对颜色的影响,强的离子极化作用使晶体颜色加深,如，大多数硫化物为黑色。,P,212,19,题，,AgCl,AgBr,AgI,颜色加深；,CuF,2(,无色,),CuCl,2(,黄棕色,),CuBr,2(,棕黑,),CuI,2(,不存在,),如何分析说明？,(,e,),对熔、沸点的影响,强的离子极化作用使,离子,晶体,的,T,m.p,.,如：,NaCl,AgCl,；,FeCl,2,FeCl,3,T,m.p,.,/K 1074 723 943 555,因为,Ag,+,是,18,e,构型的，而,Na,+,是,8,e,构型的。,Fe,3+,、,Fe,2+,均为,917,e,构型的，,但,Fe,3+,比,Fe,2+,的电荷高、半径小。,(,f,),对分解温度的影响,离子极化作用,越强，,离子晶体的,热稳定性,越差，分解温度越低。,如：,BeCO,3,MgCO,3,CaCO,3,SrCO,3,BaCO,3,分解温度,T,/K /813 1173 1553 1633,M,2+,的半径越小，极化作,用越强，越易争夺到,CO,3,2-,中的氧原子。,2-,4+,O,O,O,C,M,2+,4-4,氢键,氢原子,与电负性极强的元素,(F,、,O,、,N),之间的一种特殊的分子间作用力。,问题的提出：,AA,氢化物的沸点,有反常,NH,3,、,H,2,O,、,HF,的沸点,比同族其它氢化物的高。,在同系列中，分子间力与,分子量的大小关系反常。,图,4-58,卤素、氧族元素氢化物的沸点,某些同分异构体的沸点相差较大：,CH,3,CH,2,OH CH,3,OCH,3,t,b.p,.,(),：,78.4 -23.7,水的某些物理性质反常,如，水的介电常数和比热容特别大；,水的密度在,4,时最大等。,这说明分子间力除范德华力外，还存在另一,种作用力，这种作用力就是某些分子间的,氢键,（,hydrogen bond,）,。,（,1,）,氢键的形成,氢键：,XH,Y,X,、,Y,代表,电负性大、原子半径小,的原子,F,、,O,、,N,分子中，,与,F,、,O,、,N,相连的,氢原子,几乎成为赤裸的,质子,，表现出,强的正电性，对大电负性原子上的孤电子对,有强的吸引力,。,氢键的键能比范德华力略大,。,氢键的形成条件：,有一个与电负性很强的元素形成强极性键的,氢原子,；,分子中必须有带孤电子对、电负性大、而且原子半径,小的元素,。,（,2,）,氢键的特点,(,a,),氢键具有方向性和饱和性,方向性,XH,Y,在同一直线上，键角,180,；,饱和性,一个,H,原子只能吸引两个电负性大的原子。,水分子中的氢键,图,4-56,水分子间的氢键,(,b,),氢键的强弱与元素电负性有关,FH,F,OHO OHN NHN,在,HF,2,-,中，几乎成为共价键。,表,4-16,氢键的键能和键长,氢 键,键能,/kJ,mol,-1,键长,/pm,化合物,FH,F,28.0,255,(,HF),n,OH,O,18.8,276,冰,NH,F,20.9,266,NH,4,F,NH,O,286,CH,3,CONH,2,NH,N,5.4,358,NH,3,(,c,),氢键的本质,氢键主要是静电引力，其作用能与分子间力,接近，约,840 kJ,mol,-1,。,可以认为：,氢键是有饱和性、方向性的强有力的,分子间作用力。,（,3,）,氢键的类型及对化合物性质的影响,分子间的氢键：,广泛存在于,H,2,O,、,醇、酚、酸、,氨、胺、酰胺及蛋白质等中。,分子间的氢键,使共价化合物的,T,b.p,.,、,T,m.p,.,升高,，,且能溶于质子溶剂中,。,问题：,为何,H,2,SO,4,是高沸点的酸,、,而,HCl,是低沸点的酸,？,分子内的氢键：,邻羟基苯甲醛、邻羟基,苯甲酸、邻羟基硝基苯等物质,中都存在分子内的氢键，且形,成五、六元环。,分子内的氢键,使共价化合物的,T,b.p,.,、,T,m.p,.,。,如，,HNO,3,：,t,b.p,.,=86,由于,分子内的氢键可使分子的极性降低,，不利于再形成分,子间氢键,，因此，,分子内的氢键,使共价化合物的沸点降低,N,O,O,O,H,N,O,O,O,H,130,115,96pm,140pm,122pm,氢键,作业：,P,210-2
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