在上節(jié)中我們看到液體蒸氣壓的不同與液體分子間引力的不同有關(guān)。所有分子彼此之間都有引力。這些引力的本性是什么呢?為什么不同物質(zhì)分子間的引力大小不同呢?
曾已指出,正電荷中心和負(fù)電荷中心不相重合的分子是極性分子。它們具有偶極矩。在HC1分子中,由于氯和氫相比有較大的電負(fù)性,在氯原子上有部分負(fù)電荷和在氫原子上有部分正電荷;所以HC1分子有永久偶極矩。一個(gè)HCl分子的正電端對(duì)另一個(gè)H且C1分子的負(fù)電端的靜電引力所構(gòu)成的吸引力使HC1和同分子量的非極性分子相比有較高的沸點(diǎn)。
非極性分子和極性分子一樣都有的一種額外的分子間引力是范德華引カ,它來(lái)源于一個(gè)分子的核(正電性)對(duì)一個(gè)相鄰
分子的電子云(負(fù)電性)的靜電引力(圖11-5)。因?yàn)檫@種力,圖中A分子圖11-5上圖說(shuō)明由于分子中幾乎是的電子分布可以在瞬時(shí)內(nèi)變成為不對(duì)稱的并集中在分子的一側(cè)。在這個(gè)瞬時(shí)內(nèi)分子中產(chǎn)生了臨時(shí)偶極。同樣,在這同一瞬間B分子的核吸向A分子的負(fù)電端和它的負(fù)電端遠(yuǎn)離A分子的負(fù)電端,使B分子發(fā)生了變形,在一個(gè)分子的核和另一個(gè)分子的電子云之間產(chǎn)生了相互吸引。同時(shí)也發(fā)生了兩個(gè)核之間以及電子云中兩個(gè)負(fù)電中心之間的互相排斥作用。由于電子不斷的運(yùn)動(dòng)造成位移以至在下一瞬間分子中負(fù)電荷的集中又偏移到另一邊。這對(duì)另一個(gè)分子中的電荷分布產(chǎn)生相應(yīng)的影響導(dǎo)致在兩個(gè)分子內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)新的方向相反的偶極。這些幾乎是瞬時(shí)變換的偶極導(dǎo)致了分子之間
的吸引。
范德華引力是很弱的,只有在分子彼此靠近時(shí),即幾乎彼此相接觸時(shí)才能起作用。范德華引力同下面的因素是相對(duì)抗的:(1)相鄰分子電子云的排斥力和(2)相鄰原子的核之間的互相排斥。不過(guò)吸引力要比排斥力強(qiáng)些。
范德華引カ的大小隨著每個(gè)分子中電子數(shù)的增加而變大,因此也隨著分子量的増加而變大。分子間引力隨分子量而增加的事實(shí)反映在有關(guān)物質(zhì)系列如He、Ne、Ar、Kr、Xe、Ru以及F2、Cy、Br2,I2(看表11-2)的沸點(diǎn)依次升高。
作用于分子間的范德華引力的有效性隨溫度的升高而降低,因?yàn)橥饧拥臒崮茉鰪?qiáng)了分子的運(yùn)動(dòng),因而克服了范徳華引力。換句話說(shuō),在較高溫度下的動(dòng)能大于范德華力的吸引能。
在溫度足夠低時(shí),由于范德華力的作用使物質(zhì)如惰性氣體和單質(zhì)鹵素能夠凝聚成液體和凍結(jié)成固體。
一般而言,由沒(méi)有永久偶極矩的獨(dú)立分子所組成的液體,相應(yīng)于其分子量來(lái)說(shuō)它的沸點(diǎn)是比較低的,因?yàn)樵谡舭l(fā)過(guò)程中只要克服很微弱的范徳華引力。在這類分子中,正電荷中心和負(fù)電荷中心是重合的。實(shí)例有如惰性氣體和鹵素分子以及其它對(duì)稱性分子如CH4、SiH4、CF4、SiF4SFs和UF6等。具有永久偶極矩的分子型物質(zhì)H2O、HF和C2H5OH(乙醇)等相對(duì)于它們的分子量來(lái)說(shuō)則有頗高的沸點(diǎn)。
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