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2015 第二章 分子间力与位能函数课件
第三章、分子间力与位能函数; 纯物质或混合物的热力学性质,除决定于分子的本性外,还决定于分子间力。
实际流体分子内部存在引力和斥力,无引力,气体则不会凝结而成液体和固体,若无斥力,液体也不会表现为对压缩的抗拒性。
;实际流体的以下性质与分子内部运动的形态无关,主要决定于分子间力:
(1)p—V—T关系;
(2)偏离函数如CP-CP0、H-H0、S-S0 、逸度系数 ,以及它们随温度压力的变化;
(3)相变过程中的热力学性质变化,如相变热、相变熵;
(4)混合过程中的热力学性质变化, 如△GM、 △HM 、 △SM 、 △VM ,以及相应的超额性质 GE、 HE 、 SE 、 VE 。; 研究分子间力,对于研究热力学性质来说,首先就是为了得到p-V-T关系。
分子间力并不是只对热力学性质有意义,对于另一类重要性质—迁移性质,如粘度、导热系数、扩散系数等,也是主要影响因素。
目前对分子间力的认识还相差很远,为半定量与定性的,仅对实际流体提出简单理想的模型。; 分子间相对位置不同存在着势能,对简单球形对称的分子,势能 为分子间距离的函数。
人为设定 时 ,位能的数值等于两质点自分离至 处时所作之功,即;1、离子与离子间相互作用能 ;2、离子与偶极分子间的相互作用能
分子中正电子中心与负电子中心不重合时称为极性分子,如HCL; 分子极性大小用偶极矩μ来表示,如两个带有相反电荷+e与-e的质点,相距为l, 偶极矩 μ为:
μ = e l
它是一个向量,方向由正到负,单位Debye,1D = 10-18 esu.em
当离子i与偶极分子j相距为r,中心线与极轴的夹角为θ时,可由库仑定律求得位能为:; 两个相距为r的偶极分子,其位能可按上面库仑定律计算,并对空间各种可能的取向平均得:; 非极性分子的正负电荷中心是重合的,但在外电场(离子或偶极)作用下,正负电荷中心向相反方向位移,分子产生诱导偶极矩 ,称之诱导作用, 与电场强度F成正比;(1)若是一离子i与中性分子j 相距为r时,根据库仑定律,离子作用于中性分子的场强为:; (2)若是偶极分子i与中性分子j,则; 非极性分子如Ar,CH4等从统计平均来说分子是中性的,但是在任一瞬间,负电中心与正电中心并不一定重合,仍然存在偶极矩,称之瞬间偶极。当两个分子接近时,这种周期变化的瞬间偶极使邻近分子产生诱导偶极,相互作用使位能降低。
1930年London首先由量子力学导出,推导时使用了色散现象的公式(折射率与光的频率)
则色散能为:;许多分子的第一电离势差别不大,可看成常数,则:;植奴首缝鸡孔街镭质愁盯绒袜啃盏灰福偿惫孺吭料欺蒸陆珊检旺囚君丰药2015 第二章 分子间力与位能函数课件2015 第二章 分子间力与位能函数课件;分子;四、短程斥力作用;理论分析提示斥力与r属指数关系; 含有官能团O-H, N-H, S-H, X-H (X为卤素原子)的化合物,其中H可与另一分子的O, N, S, F 以及具有π电子的芳烃结合,形成氢键,可用通用式A-H…B表示,其中A, B均为电负性较大但体积不大的原子, A—H称为质子授体,B质子受体。如甲酸缔合;按形成氢键的能力,将分子分为以下四类:;六、分子间力与物性的关系
1、分子间力与沸点的关系
一般分子间力越大,汽化潜热越大,沸点、熔点也越高。
(A)同系物的沸点和熔点随分子量增大而增高。
(B)同分异构体的沸点存在如下规律:
◆同分异构体,偶极矩越大的分子,静电作用与诱导作用越强,沸点也越高。
◆同分异构体的沸点随分子的支化程度而降低。
(C)有机化合物中氢被卤素取代后,偶极矩和极化率都增大,沸点升高。
(D)分子间氢键的形成使沸点和熔点升高。;2、分子间力与溶解度的关系
当非极性气体溶解于溶剂时,主要依靠溶质分子与溶剂分子间的色散作用,即使在极性溶剂中诱导作用的贡献也是很小的。因此,当气体分子极化率增加时,溶解度也相应增加。
一般极性物质在非极性溶剂中的溶解度小,而在极性溶剂中的溶解度则较大。极性与非极性物质形成的溶液,往往是正偏差溶液,沸点降低。; ;向揪妹陪蚜邻谦超脱陛恰盖画炉盂柒肆题黑咯西咙粳客细惯纱拈竖甭耘卸2015 第二章 分子间力与位能函数课件2015 第二章 分子间力与位能函数课件;2. 方阱位能函数(看成直径为σ并有吸引力的硬球);湘远颗噎代余嵌悲牺据眶参漾本钎仿创奋腐称揩
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