分子間力有三種類型:色散力,誘導(dǎo)力,取向力。
色散力
當(dāng)非極性分子相互靠近時,由于分子中的電子和原子核都在不斷運動,使得電子云與原子核之間發(fā)生瞬時的相對位移,產(chǎn)生瞬時偶極,分子發(fā)生變形。分子越大越容易變形。這樣的兩個非極性分子靠得很近時,瞬時偶極就處于異極相鄰的狀態(tài),在兩個分子之間產(chǎn)生吸引作用這種瞬時偶極與瞬時偶極之間的作用力,叫做色散力(圖4-29)。色散力與分子的變形性有關(guān),分子的變形性越大,色散力越大。由于色散力是由分子的熱運動引引起的,所以色散力存在于所有分子中,并且為三種作用力中最主要的作用力。
誘導(dǎo)力
極性分子與非極性分子相遇時,極性分子的固有偶極產(chǎn)生的電場作用力使非極性分子的電子云發(fā)生變形,產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極,固有偶極與誘導(dǎo)偶極進一步相互作用,這種作用力叫做誘導(dǎo)力(圖4-30)。誘導(dǎo)力同樣存在于極性分子之間,使使固有偶極矩加大。
取向力
極性分子相互靠近時,由于分子固有偶極之間同極相斥、異極相吸,使得分子在空間取向排列,這種固有偶極與固有偶極之間的作用力叫做取向力。取向力使極性分子更加靠近,在兩個相鄰分子的固有偶極的作用下,極性分子進一步變形極化,產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極(圖4-31)。
總之,在非極性分子之間存在著色散力;在非極性分子和極性分子之間存在色散力和誘導(dǎo)カ;在極性分子之間存在色散力、誘導(dǎo)力和取向力。根據(jù)表4-13,色散力存在于各種分子間,為主要的分子間作用力。
表4-13 分子間作用能的分配
分子 | 取向能/kJ·mol-1 | 誘導(dǎo)能/kJ·mol-1 | 色散能/kJ·mol-1 | 總作用能/kJ·mol-1 |
H2 | 0 | 0 | 0.17 | 0.17 |
Ar | 0 | 0 | 8.49 | 8.49 |
Xe | 0 | 0 | 17.41 | 17.41 |
CO | 0.003 | 0.008 | 8.74 | 8.75 |
HCl | 0.30 | 1.10 | 16.82 | 21.22 |
HBr | 1.09 | 0.71 | 28.45 | 30.25 |
HI | 0.59 | 0.31 | 60.54 | 61.44 |
例4-10 試分析H2O分予與Ar分子間存在著哪幾種作用力。
解:H2O分子與Ar分子間:肯定有色散力,此外極性H2O分子會誘導(dǎo)Ar電子云變形,故相互間還有誘導(dǎo)力
分子間力的本質(zhì)是一種電性引力,所以它既無方向性又無飽和性。作用力的大小與分子間距離的6次方成反比,它的作用距離大約在300~500pm,隨著分子間距離的增大而減小。分子間力的作用能一般為2~20kJ/mol,遠小于化學(xué)鍵的作用用能能(100~600kJ/mol)。
分子間力對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響是多方面的。液態(tài)物質(zhì),分子間力越大,汽化熱越大,沸點越高;固態(tài)物質(zhì),分子間力越大,熔化熱越大,熔點越高。一般說來,結(jié)構(gòu)相似的同系列物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,分子變形性越大,分子間力越強,熔點、沸點越高。所以不難解釋,稀有氣體、鹵素等物質(zhì)的熔點、沸點隨著相對分子質(zhì)量的增大而升高。
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