4.分子间作用力与氢键
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简叙分子间的静电力和van der Waals力的异同
静电力: 静电力是由极性基团的永久偶极相互作用引起的。这种作用力取决于极性基团偶极矩的大小,定向程度,分子间的距离和环境温度。静电力的能量范围在12—20KJ/Mol之间。一些极性高分子聚合物,如聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、聚脂等的Van Der Waals力为静电力。
分子间的Van.der.Waals力也是静电力,只不过它是偶极子之间的相互吸引力(静电力)、诱导偶极性与偶极子之间的吸引力(诱导力)、瞬时偶极性与诱导偶极性之间的作用力(色散力)三者的总和
而范德华力包括引力和斥力,引力和距离的6次方成反比,排斥力与距离的12 次方成反比。他们都是静电力在不同层次的涌现
高分子之间的分子间作用力不仅发生在不同的分子链之间,还发生在于分子链相连的基团之间。同低分子物质一样,分子间的作用力为低于共价化学键1~2量级的Van Der Waals力和氢键力。Van Der Waals力不但存在于不同分子之间,而且存在于同一分子内的非键合原子之间。依照分子基团间相互作用原理的的不同。Van Der Waals又分为:静电力,诱导力,色散力
1.静电力
静电力是由极性基团的永久偶极相互作用引起的。这种作用力取决于极性基团偶极矩的大小,定向程度,分子间的距离和环境温度。对于偶极矩分别为μ1和μ2,距离为R的两种极性分子,温度为T(绝对温度)时,分子间的作用力
k为Boltzman常数。
静电力的能量范围在12—20KJ/Mol之间。一些极性高分子聚合物,如聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、聚脂等的Van Der Waals力为静电力。
2.诱导力
诱导力为极性分子的永久偶极对其他分子诱导,生成偶极,并互相吸引所产生的作用力。对于偶极矩分别为μ1和μ2,分子极化率为α1、α2,距离为R的两个分子,分子间的作用力
3.色散力
色散力是由于分子间由于非极性分子的正负电荷中心瞬间不重合而导致的瞬间偶极相互作用所产生的分子作用力。这一作用力存在于所有的极性或非极性分子之间。色散力取决于互相作用的两个分子的电离能I1、 I2、分子极化率α1、α2,以及分子间的距离R:
分子间作用力和氢键
一、分子间作用力
NH3、Cl2、CO2等气体,在降低温度、增大压强时,能凝结成液态或固态。在这个过程中,气体分子间的距离不断缩短,最后由不规则运动的混乱状态转变为有规则排列的固态。这说明物质的分子之间必定存在着某种作用力,能把它们的分子聚集在一起。这种作用力叫做分子间作用力,又称范德华力。
我们知道,化学键是原子结合成分子时,相邻原子间强烈的相互作用,而分子间作用力与化学键比起来要弱得多。分子间作用力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。
分子间作用力的大小,对物质的熔点、沸点、溶解度等有影响。对于组成和结构相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔点、沸点也越高。例如,卤素单质,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增大,它们的熔点、沸点也相应升高(见图1-8),四卤化碳也有类似的情形(见图1-9)。
二、氢键
前面已介绍过某些结构相似的物质随着相对分子质量的增大分子间作用力增大,以及它们的熔点和沸点也随着升高的事实。但是有些氢化物的熔点和沸点的递变与以上事实不完全符合。让我们来看一下图1-10。从图上可以看出,NH3、H2O和HF的沸点反常。例如,HF的沸点按沸点曲线的下降趋势应该在-90℃以下,而实际上是20℃;H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在-70℃以下,而实际上是100℃。
为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢?这是因为它们的分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用,使得它们只能在较高的温度下才能汽化。经科学研究证明,上述物质的分子之间存在着的这种相互作用,叫做氢键。
氢键是怎样形成的呢?现在以HF为例来说明。在HF分子中,由于F原子吸引电子的能力很强,H——F键的极性很强,共用电子对强烈地偏向F原子,亦即H原子的电子云被F原子吸引,使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的H核,与另一个HF分子带部分负电荷的F原子相互吸引。这种静电吸引作用就是氢键。它比化学键弱得多,但比分子间作用力稍强。通常我们也可把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高,这是因为固体熔化或液体汽化时必须破坏分子间的氢键,从而需要消耗较多能量的缘故。为了与化学键相区别,在图1-11中用“…”来表示氢键。
化学键
1. 化学键:相邻的两个或多个原子(或离子)之间强烈的相互作用叫做化学键。
2.化学键的存在:
(1)稀有气体单质中不存在;
(2)多原子单质分子中存在共价键;
(3)非金属化合物分子中存在共价键(包括酸);
(4)离子化合物中一定存在离子键,可能有共价键的存在(Na2O2、NaOH、NH4Cl),共价化合物中不存在离子
键;
(5)离子化合物可由非金属构成,如:NH4NO3、NH4Cl 。
3.化学反应的本质: 一个化学反应的的过程,本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
4.金属键:金属晶体中,金属阳离子与自由电子之间的强烈静电作用。
5.配位键:电子对由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用而形成的共价键。
(1)孤对电子:原子最外层存在没有跟其它原子共用的电子对。
(2)虽然配位键和其它键的形成不同,但一旦形成后则与其它共价键无任何区别。
6.分子间作用力
定义:把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力(也叫范德华力)。
(1)分子间作用力比化学键弱得多,是一种微弱的相互作用,它主要影响物质的熔、沸点等物理性质,而化学键主要影响物质的化学性质。
(2)分子间作用力主要存在于由分子构成的物质中,如:多数非金属单质、稀有气体、非金属氧化物、酸、氢化物、有机物等。
(3)分子间作用力的范围很小(一般是300-500pm),只有分子间的距离很小时才有。
(4)一般来说,对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。如卤素单质: 7.氢键
为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢?
(1)形成条件:原子半径较小,非金属性很强的原子X,(N、O、F)与H原子形成强极性共价键,与另一个分子的半径较小,非金属性很强的原子Y (N、O、F),在分子间H与Y产生较强的静电吸引,形成氢键
(2)表示方法:X—H…Y—H(X.Y可相同或不同,一般为N、O、F)。
分子间作用力和氢键
一、分子间作用力
NH3、Cl2、CO2等气体,在降低温度、增大压强时,能凝结成液态或固态。在这个过程中,气体分子间的距离不断缩短,最后由不规则运动的混乱状态转变为有规则排列的固态。这说明物质的分子之间必定存在着某种作用力,能把它们的分子聚集在一起。这种作用力叫做分子间作用力,又称范德华力。
我们知道,化学键是原子结合成分子时,相邻原子间强烈的相互作用,而分子间作用力与化学键比起来要弱得多。分子间作用力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。分子间作用力的大小,对物质的熔点、沸点、溶解度等有影响。对于组成和结构相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔点、沸点也越高。例如,卤素单质,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增大,它们的熔点、沸点也相应升高。
二、氢键
前面已介绍过某些结构相似的物质随着相对分子质量的增大分子间作用力增大,以及它们的熔点和沸点也随着升高的事实。但是有些氢化物的熔点和沸点的递变与以上事实不完全符合。让我们来看一下图1-11。从图上可以看出,NH3、H2O和HF的沸点反常。例如,HF的沸点按沸点曲线的下降趋势应该在-90
℃以下,而实际上是20℃;H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在-70℃以下,而实际上是100℃。
为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢?这是因为它们的分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用,使得它们只能在较高的温度下才能汽化。经科学研究证明,上述物质的分子之间存在着的这种相互作用,叫做氢键。
氢键是怎样形成的呢?现在以HF为例来说明。在HF分子中,由于F原子吸引电子的能力很强,H—F键的极性很强,共用电子对强烈地偏向F原子,亦即H原子的电子云被F原子吸引,使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的H核,与另一个HF分子带部分负电荷的F原子相互吸引。这种静电吸引作用就是氢键。它比化学键弱得多,但比分子间作用力稍强。通常我们也可把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高,这是因为固体熔化或液体汽化时必须破坏分子间的氢键,从而需要消耗较多能量的缘故。