固定液對被分析物質(zhì)的溶解性和選擇性取決于二者分子間的相互作用力,這種作用力有以下幾種:
(1)靜電力一極性分子永久偶極間的作用力;誘導(dǎo)力一一非極性分子受極性分子永久偶極電場作用而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極時,二者之間的作用力;
(2)誘導(dǎo)力一非極性分子受極性分子永久偶極電場作用而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極時,二者之間的作用力;
(3)色散力一在非極性或弱極性分子之間,由于分子內(nèi)電子振動所產(chǎn)生的瞬時偶極而引起的相互作用;
(4)氫鍵作用力一與電負(fù)性原子(如N,O,F(xiàn)等)形成共價鍵的氫原子又和另一個電負(fù)性原子所生成的一種范徳華型的相互作用力,可分為強(O→HO,N→O,o→HN)和弱(N→HN,O→HCC2,N→HCCl-CCL,HCNO2,HCCN)兩種。
根據(jù)形成氫鍵能力的大小,有機化合物可分為以下幾種:
(i)能形成三度空間結(jié)構(gòu)的強氫鍵的化合物,如水、多元醇、氨醇、羥酸、多元酚、多元羧酸:(ii)含有活性H原子和帶自由電子對的原子(O,N,F(xiàn))的化合物、如醇、脂防酸酚、伯胺、仲胺、肟、硝基化合物、帶H原子的睛類化合物;(i)不含活性H原子但含有電負(fù)性原子的化合物,如醚、、醛、酯、叔胺、硝基化合物、不帶a-H原子的睛類化合物;(iv)含有活性H原子但不含電負(fù)性原子的化合物,如鹵代烴、芳烴、烯烴;(い)不能形成氫鍵的化合物,如飽和烴。
同樣,固定液也可分成這五種類型,對于與其同類型的物質(zhì)有最大的保留值.這個“相似性原則”對于固定液的選擇是很重要的。
以上是影響固定液選擇性的主要作用力.極性、誘導(dǎo)極性和氫鍵作用力合稱為固定液的“極性”.此外還有較少見但能產(chǎn)生特殊分離效果的分子間作用力如下:
(5)化學(xué)作用カ、一在固定液和被分離物質(zhì)之間生成一種不穩(wěn)定的加合物(例如銀離子和不飽和烴)、金屬螯合物(例如重金屬脂肪酸鹽和胺及氮雜環(huán)化合物)或x-絡(luò)合物(例如含硝基的固定液和芳族化合物);
(6)某些特殊結(jié)構(gòu)的固定液對于適合其分子結(jié)構(gòu)形狀的物質(zhì)有特殊的溶解能力(例如液晶對于對一二甲苯)。
上列這些分子間的相互作用力愈大,固定液對被分離物質(zhì)的保留值愈大,這是選擇固定液的主要依據(jù)。
補充資料:分子間作用力(Intermolecular force)是指存在于分子與分子的作用力,包括作用在分子與其他類型的相鄰顆粒(例如分子或離子)之間的吸引或排斥力。分子間作用力相對于分子內(nèi)作用力弱。例如,涉及原子之間共享電子對的共價鍵比相鄰分子之間存在的力強得多。但兩種作用力都是分子力學(xué)中的重要組成部分。
分子間作用力的研究始于宏觀觀察,這些觀察說明了分子水平上力的存在和作用。這些觀察結(jié)果包括通過維里系數(shù),蒸氣壓,粘度,表面張力和吸附數(shù)據(jù)反映的非理想氣體熱力學(xué)行為。
1.范德華力
范德華力是分子間普遍存在的作用力,它很弱,比化學(xué)鍵的鍵能小1~2個數(shù)量級。
對于結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大;分子的極性越大,范德華力越大。
范德華力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì),范德華力越大,物質(zhì)的熔沸點越高。
注意:范德華力不屬于化學(xué)鍵,它是分子和分子之間的一種作用力。
2.氫鍵
氫鍵是已經(jīng)與電負(fù)性很強的原子形成共價鍵的氫原子(如水分子中的氫)與另一個分子中電負(fù)性很強的原子(如水分子中的氧)之間的作用力。
氫鍵只存在于強極性的H-F、H-O、H-N共價鍵的分子之間或較復(fù)雜的分子之內(nèi)。除了F、O、N外其他原子與氫原子之間一般不形成氫鍵。
3.氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響
熔沸點
氫鍵的存在大大增強了分子間的作用力,引起熔沸點的反常。
如水、氟化氫、氨氣的沸點比同主族其他元素的氫化物的沸點高很多。
但是分子內(nèi)氫鍵的存在減弱了分子間的相互作用,反而使物質(zhì)的熔沸點降低。
密度
水結(jié)冰時體積膨脹、密度減小也是由于氫鍵的原因。
溶解性
如果溶質(zhì)與溶劑之間能形成氫鍵,則溶解度增大,并且氫鍵作用力越大,溶解性越好。如氨氣極易溶于水,乙醇能與水以任意比例互溶。