共价键和分子间作用力 弱共价相互作用_不可忽略的分子间作用力.doc

共价键和分子间作用力 弱共价相互作用_不可忽略的分子间作用力 第27卷第4期 2012年8月UNIVERSITYCHEMISTRY大学化学Vol．27No．4Aug． 2012 弱共价相互作用 ———不可忽略的分子间作用力 王稼国 （1温州大学化学与材料工程学院 摘要1荆西平22浙江温州325035；北京大学化… －１２－ 水泥ＣＥＭＥＮＴ ２００７．Ｎｏ．４ 水泥水化热对混凝土早期开裂的影响 胡如进 （建筑材料工业技术情报研究所，北京 １０００２４） 中图分类号：ＴＱ１７２．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００２－９８７７（２００７）０４－００１２－０４ ０引言… 2011—2012学年第二学期形势与政策课程论文 中国当前的政治经济形势 摘要：众所周知，当前国内政治经济形势十分复杂。2012 年将是中国经济“在持续 回落中逐步趋 稳”的一年，也是十分复杂的一年。政府实施“稳经济、调结构、控通胀 ”的经济发展思路… 第27卷第4期 2012年8月UNIVERSITYCHEMISTRY大学化学Vol．27No．4Aug． 2012 弱共价相互作用 ———不可忽略的分子间作用力 王稼国 （1温州大学化学与材料工程学院 摘要1荆西平22浙江温州325035；北京大学化学与分子工程学院北京100871）现有的化学教科书中将物质间的作用力分为化学键和分子间作用力。分子间作用力被描述为分 子永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用力。随着研究的深入，许多新的化学现象不能用现有的化学键 而可以用原子轨道或分子轨道（用波函数描述）的弱重叠加以理解。文献中把这和分子间作用力进行解释， 种既不同于普通化学键，又有别于教科书中所描述的分子间作用力的作用形式称为二级化学键，强调只在某些特别的物质中出现。本文通过对几种典型分子的结构和性质进行分析，认为二级化学键存在普遍性，可以看成是分子间的弱共价作用力，并认为这种弱共价作用是分子间作用力的重要组成部分。本文探讨了这种弱共价作用向化学键转化的可能性。 关键词弱共价相互作用轨道弱重叠二级化学键分子间作用力 ［1-2］，在现有的无机化学和普通化学教科书中将原子、离子和分子层次的相互作用力分为两大类，即 化学键和分子间作用力，前者作用距离短而强，后者作用距离长而弱。分子间作用力对物质的许多物理化学性质（如溶解度、熔沸点、硬度、导电性、晶体结构与聚集方式等）产生重要影响，是化学教学中的重要内容。一般认为分子间的弱相互作用力是由分子的永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用。随着研究的深入，发现了许多用现有分子间作用力的作用机理无法说明的现象，如Kiefer等在研究有机汞卤化物时观察到分子内卤素原子与汞原子之间存在长距离弱的共价相互作用力，并引入二级价键力（secondaryvalenceforces）的概念；金松寿等系统研究了分子基团间的相互作用，并提出了分子选择力学 ［4］［5-7］，的概念；赖城明等在对同类化合物氯乙烯基氯化汞的研究中发现能够提供原子或基团近距离相 ［8］互作用的顺式结构具有更高的稳定性；对汞的配位化合物也观察到了分子内的类似相互作用。另 ［9-11］，9］外，分子间也观察到了原子或基团取向性的相互作用如文献［中的有机碲碘化物晶体结构中存 ［12］从而引起分子间的聚合和组装效应。在一些含芳香环的体系中，在明显的分子间Te帿I相互作用， *苯环相互接近时会发生堆积，常称其为π-π相互作用。为了说明上述现象，研究论文中将这种作用力［3］ “二级化学键”（secondarybond），以别于传统意义上的分子间作用力和化学键。称为 在化学教学中，也常碰到无法用现有的化学键或分子间作用力给予解释的类似问题。如金刚石和石墨的结构，前者每个C原子平均形成4个σ键，后者形成3个σ键和1个π键。由于π键的稳定性 因此石墨的化学活泼性比金刚石高，这一推断与事实相符。但为什么石墨的生成焓比金刚小于σ键， 石低？按照化学键理论，若不参与成键，则原子核外的电子是相互排斥的，为什么三方石墨结构（空间 3m，166）中不同层间的原子完全重叠，群：R-而不是错开的（图1）？石墨层间为什么具有导电性？又如HBr分子是典型的极性分子，气态时H—Br的键长为0．1414nm；分子间作用力随温度降低而增大；低温 ［13］，下HBr形成晶体，具有与食盐相似的晶体结构（图2）晶体中H—Br的键长为0．2904nm，明显大于 气态下的键长。这是何原因？显而易见，上述现象只用现在教科书中分子间作用力的微静电作用机理是无法解释的，说明分子内部或分子之间还存在一种作用力，其作用距离和作用力大小与分子间作用力处于同一数量级。本文试图将二级化学键概念推广，用于说明与上述现象相关的化学现象。可以认为 ，二级化