分子间作用力的本质和影响因素
时间:2023-10-07 10:13 来源:未知 作者:化学自习室 点击:次 所属专题: 分子间作用力
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1. 如何理解分子间作用力的本质也是静电作用?
首先,在极性分子与极性分子之间,存在“取向力”。如图:
极性分子由于电子云分布不均匀,呈现两个分别带有部分正、负电荷的偶极,分子的一端显现正电性,而另一端则显现负电性。
当两个极性分子相互接近时,同极相斥,异极相吸,使分子发生相对转动,以便分子间呈“异极相邻”状态排列,这样形成的聚集状态最为稳定。
这种分子固有的偶极之间发生的静电作用,称为“取向力”。
当极性分子与非极性分子相遇时,极性分子的永久偶极(带正电荷或负电荷的一端)相当于一个外电场,可使邻近的非极性分子发生电子云变形,而产生出一个临时性的“诱导偶极”。
然后,这个“诱导偶极”就会与极性分子的“永久偶极”相互吸引而靠近、相互作用,这种作用称为“诱导力”。
值得一提的是,两个邻近的极性分子之间,除取向力外,也含有诱导力的成分。
请你以水分子为例自己画图研究一下。
也许大家要问,那非极性分子与非极性分子间又是怎样发生静电作用的呢?
比如,CCl4是我们熟知的溶剂,常温下它呈液态,说明分子间还是存在一定相互作用的。(若没有相互作用力,分子间距离不会那么近,应该是理想气体状态——能够离多远就离开多远)
非极性分子与非极性分子间,是靠整个分子内的电子云在某一瞬间分布的不均衡性所产生的“瞬间偶极”相互作用的。
这类作用力叫“色散力”。
瞬间偶极存在的时间虽然很短,但却在每一个瞬间不断地重复发生着。
因此邻近的分子(不论是极性分子还是非极性分子)间始终存在着色散力,并且它在分子间作用力中占有相对更大的比重。
显然,分子越大,其电子云瞬间分布的不均衡性就大,色散力就越强。
综上所述:
在非极性分子之间只有色散力;
在极性分子和非极性分子之间既有色散力又有诱导力;
而在极性分子之间,取向力、诱导力、色散力三者并存。
不论哪一类作用力,其本质都是静电作用。
2. 影响分子间作用力强弱的因素主要有哪些?
通常可以用物质(指由分子构成的物质)熔点、沸点的高低衡量分子间作用力的强弱。
研究认为,影响分子间作用力强弱的主要因素有如下三个:
一是相对分子质量的大小。
一般的,相对分子质量大的分子,其电子多,分子也大,电子云变形性就大。
根据前边的叙述,由于在分子间作用力中,色散力占了很大比重,故一般情况下,组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,则分子间作用力越强,相应的,物质的熔点、沸点越高。
例如卤素单质,它们均为由分子构成的物质,其熔点和沸点的高低取决于分子间作用力的强弱。
由于这些分子均无极性,分子的形状又十分相似,故分子间力的强弱主要取决于相对分子质量的大小。
随着卤素核电荷数的增大,卤素单质的相对分子质量增大,于是分子间力增强,熔点、沸点就逐渐升高。
另外我们注意到,一般由小分子(H2O、CO2、Cl2、CH4等)构成的物质常温下均为气态或液态,主要是因为其相对分子量太小。
而高分子化合物(如聚乙烯、聚氯乙烯、涤纶、橡胶、有机玻璃等)则多呈固态。
第二个影响因素是分子的极性。
根据前面关于分子间作用力本质的分析可知,对于相对分子质量相当、分子形状也相似的分子来说,具有极性的分子其分子间力肯定要比非极性分子的分子间力要强。
比如,N2 和CO,它们相对分子质量均为28,分子的形状也很相似,N2分子无极性而CO分子则具有极性,所以CO分子间作用力应该比N2强。
N2的沸点-196℃、CO的沸点-191℃可以证实这一推测。
第三个影响因素是分子的形状。
一般说来,其它条件相当的情况下,分子的形状越复杂(一般指表面积越大),分子间作用力越强。
例如,碳氢化合物(烃类化合物)中,有很多所谓“同分异构体”,即分子组成相同而空间结构不同的物质。
如同样是C5H12的戊烷分子,就有如下三种不同的结构:
你认为这三种结构不同的戊烷,哪一个沸点高?哪一个沸点低呢?
我们知道,同样组成的物体,其形状越趋向球型表面积越小。
所以不难想象,正戊烷、异戊烷、新戊烷中,其表面积依次减小,故分子间力依次减弱。
查阅数据手册可知,三者的沸点依次是:36.1℃、27.9℃、9.5℃。
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