第四讲分子间作用力和氢键.ppt

分子间作用力和氢键

初赛：分子间作用力分子间作用力的数量级（不要求分解为取向力、诱导力、色散力）。氢键形成氢键的条件。氢键的键能、方向性和饱和性。氢键与物质性质的关系。决赛：范德华力——取向力、诱导力和色散力。教材链接：氟化氢晶体中的氢键硼酸的层状结构冰中氢键的四面体结构*【2010全国竞赛大纲】除化学键(共价键、离子键、金属键)外，分子与分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。分子间力化学键能:H–H436kJ/molF–F155kJ/molO=O708kJ/molCl–Cl243kJ/molN?N945kJ/mol200kJ/mol分子间作用力10kJ/mol300~500pm氢键10–30kJ/mol相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，只有当分子或基团(为简捷起见下面统称“分子”)距离很近时才显现出来。范德华力和氢键是两类最常见的分子间力1.范德华力范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。后来又有三人将范德华力分解为三种不同来源的作用力——色散力、诱导力和取向力。键的极性与分子的极性共价键有非极性键与极性键之分。由共价键构建的分子有非极性分子与极性分子之分。度量分子极性大小的物理量叫做偶极矩(m)。偶极矩是偶极子的电量q和偶极子两极的距离l的乘积(m=qXl)。偶极子与偶极矩(m=qXl)偶极矩m=0的共价键叫做非极性共价键；偶极矩m≠0的共价键叫做极性共价键。偶极矩m=0的分子叫做非极性分子;偶极矩m≠0的分子叫做极性分子。同核双原子分子的实测偶极矩都等于零，是非极性分子。异核双原子分子HF、HCl、HBr、HI的极性依次增大。多原子分子的几何构型决定了分子的偶极矩是否等于零，因此，测定偶极矩可用来判别分子的几何构型。色散力相对于电子，分子中原子的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，产生瞬时偶极。分子相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间会产生电性引力，这就是色散力。色散力不仅是所有分子都有的最普遍存在的范德华力，而且经常是范德华力的主要构成。分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越大。分子变形性越大，色散力就越大。例如:HCl、HBr、HI的色散力依次增大，分别为16.83、21.94、25.87kJ/mol，而H2O、CO、Ar的色散力只有8.50、8.75、9.00kJ/mol。取向力取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之间的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极矩越大，取向力越大。如：HCl、HBr、HI的偶极矩依次减小，因而其取向力分别为3.31、0.69、0.025kJ/mol，依次减小。对大多数极性分子，取向力仅占其范德华力构成中的很小分额，只有少数强极性分子例外。?取向力的产生诱导力在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导力。诱导偶极矩的大小由—固有偶极的偶极矩(m)大小和分子变形性的大小决定。极化率越大,分子越容易变形,在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。如放射性稀有气体氡(致癌物)在20?C水中溶解度为230cm3/L。而氦在同样条件下的溶解度却只有8.61cm3/L。又如，水中溶解的氧气(20?C溶解30.8cm3/L)比氮气多得多，跟空气里氮氧比正相反，也可归结为O2的极化率比N2的大得多。同理，极化率(a)相同的分子在偶极矩(m)较大的分子作用下产生的诱导力也较大。偶极-诱导偶极相互作用使单质分子部分溶于水偶极和诱导偶极离子和偶极偶极和偶极偶极和诱导偶极2.氢键（一种特殊的分子间力）当氢原子与电负性很大，半径很小的原子X（如F、O、N）形成共价键，核间电子云