分子间力和氢键.ppt

分子间力和氢键分子间力和氢键分子间力分子间力 (Molecular Interaction) 气体液化成液体，液体凝固成固体气体液化成液体，液体凝固成固体表明在物质分子间还存在着相互作用力，表明在物质分子间还存在着相互作用力，称为称为分子间力分子间力, 或叫或叫范德华力范德华力 分子间力是决定物质的沸点、熔点、分子间力是决定物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等性质的主要因素粘度等性质的主要因素分子的极性和变形性分子的极性和变形性分子的极性分子的极性产生：产生： 每个分子都由带正电的原子核和带每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，由于正负电荷数量相负电的电子组成，由于正负电荷数量相等所以整个分子是等所以整个分子是电中性电中性的电荷中心电荷中心——正电荷或负电荷的集中点正电荷或负电荷的集中点. 如果分子的如果分子的正电中心正电中心和和负电中心负电中心不重合不重合在同一点上在同一点上,那么分子就具有那么分子就具有极性极性双原子分子双原子分子　两个相同原子组成的分子，正、负电荷　两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为中心重合，不具有极性，为非极性分子非极性分子。

例例 H2+ _HHHClHCl+_ 不同原子组成的分子，负电荷中心比不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为正、负电荷中心不重合，为极性分子极性分子即对即对 双原子分子：双原子分子：分子的极性取决于键的极性；分子的极性取决于键的极性；有极性键的分子一定是极性分子；有极性键的分子一定是极性分子；反之反之, 极性分子一定含有极性键极性分子一定含有极性键多原子分子多原子分子分子的极性分子的极性 键的极性键的极性例例 H2O++__+_HHO极性分子极性分子CO2非极性分子非极性分子+_+_+_OOC分子的几何构型分子的几何构型键的极性键的极性取决于成键原子间共用电子对是否偏离取决于成键原子间共用电子对是否偏离.分子的极性分子的极性取决于分子正、负电荷中心是否重合取决于分子正、负电荷中心是否重合.分子分子Br2NO H2SCS2BF3CHCl3键的极性键的极性 非极性非极性极性极性极性极性 极性极性极性极性极性极性几何构型几何构型 直线直线 直线直线 V形形 直线直线 正三角形正三角形四面体四面体分子极性分子极性非极性非极性极性极性极性极性非极性非极性 非极性非极性极性极性分子类型分子类型离子型　离子型　 极性　极性　 非极性非极性++___ +小节小节:偶极矩偶极矩(μ) — 描述分子极性大小描述分子极性大小 分子中电荷中心的电荷量分子中电荷中心的电荷量(q)与正、负与正、负电荷中心距离电荷中心距离(l)的乘积。

的乘积μ=q · ll—偶极长度偶极长度; μ—库库·米米(C·m)l+q_qμ=0 非极性分子非极性分子μ≠≠００ 极性分子极性分子, ,μμ越大越大, , 分子极性越分子极性越强强HXHFHClHBrHIμ/(10-30C·m)6.403.612.631.27分子极性分子极性依次减弱依次减弱根据根据μ可以推断某些分子的几何构型可以推断某些分子的几何构型如　如　CS2 μ=0 则为则为直直线线形分子形分子 SO2 μ=5.33 则为则为V形分子形分子分子的变形性分子的变形性非极性分子在电场作用下，电子云与核发非极性分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移生相对位移(分子极化分子极化)，分子变形，并出，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为现偶极，这种偶极称为诱导偶极诱导偶极分子的形状发生变化，这种性质叫分子的形状发生变化，这种性质叫分子的分子的变形性变形性 _+_μ(诱导诱导)＝＝αα· · E E — E — 电场电场强强度度 αα— — 极化率极化率 ( (单位场强产生的诱导偶极单位场强产生的诱导偶极) )　　E E 一定时，一定时，αα越大，分子变形性越大。

越大，分子变形性越大极性分子的极化极性分子的极化+__+取向取向 变形变形(定向极化定向极化) (变形极变形极化化)诱导偶极诱导偶极分子的偶极分子的偶极=固有偶极固有偶极+诱导偶极诱导偶极极性分子本身是个微电场，因而，极性分子本身是个微电场，因而， 极性分子与极性分子之间，极性分子与极性分子之间， 极性分子与非极性分子之间极性分子与非极性分子之间, 也也会会发生极化作用发生极化作用 固有偶极固有偶极(永久偶极永久偶极)分子间力分子间力分子间力的种类分子间力的种类色散力色散力诱导力诱导力取向力取向力 分子具有分子具有偶极矩偶极矩和和变形性变形性是分子间是分子间具有作用力的根本原因具有作用力的根本原因分子间力的产生分子间力的产生非极性分子与非极性分子之间非极性分子与非极性分子之间非极性分子正负电荷中心重合，分子没有非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性但电子在运动，原子核也在不停地极性但电子在运动，原子核也在不停地振动使原子核与电子云之间发生瞬时的振动使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。

正、负电荷中心暂时不重合，相对位移正、负电荷中心暂时不重合，产生产生瞬时偶极瞬时偶极这种瞬时偶极尽管存在时这种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子核总在不停地运动，间极短，但电子和原子核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现瞬时偶极不断的出现色散力色散力——分子间由于瞬时偶极所产生分子间由于瞬时偶极所产生 的作用力的作用力非极性分子与非极性分子之间存在色散非极性分子与非极性分子之间存在色散力非极性分子与极性分子之间非极性分子与极性分子之间 1. 由于电子与原子核的相对运动，极性由于电子与原子核的相对运动，极性分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之间也存在与极性分子之间也存在色散力色散力 2. 非极性分子在极性分子非极性分子在极性分子固有偶极固有偶极作用作用下，发生变形，产生下，发生变形，产生诱导偶极诱导偶极，诱导偶极，诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为与固有偶极之间的作用力称为诱导力诱导力 _极性分子与极性分子之间极性分子与极性分子之间 3. 存在存在色散力色散力 2. 极性分子定向极化后，会进一步产生诱极性分子定向极化后，会进一步产生诱　　 导偶极，存在导偶极，存在诱导力诱导力。

　　1. 极性分子相互靠近时，发生极性分子相互靠近时，发生定向极化定向极化因固有偶极取向而产生的作用力称为因固有偶极取向而产生的作用力称为取取向力向力.+__+分子类型分子类型分子间力种类分子间力种类非极性分子非极性分子-非极性分非极性分子子色散力色散力非极性分子非极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力色散力、诱导力极性分子极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力、色散力、诱导力、取向力取向力分子间力的特点分子间力的特点是一种电性作用力是一种电性作用力作用距离短作用距离短,作用范围仅为几百皮米作用范围仅为几百皮米(pm)作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔比键能小比键能小 1~2个数量级个数量级无饱和性和方向性无饱和性和方向性对大多数分子来说，以对大多数分子来说，以色散力色散力为主为主(除极除极性很大且存在氢键的分子，如性很大且存在氢键的分子，如H2O外外)分子分子E(取向取向)E(诱导诱导)E(色散色散)E(总总)(kJ·mol-1)(kJ·mol-1)(kJ·mol-1)(kJ·mol-1)Ar0.0000.0008.498.49CO0.0030.0088.748.75HI0.0250.11325.825.9HBr0.6860.50221.923.1HCl3.301.0016.821.1NH313.31.5514.929.8H2O36.31.928.9947.2分子间力的影响因素分子间力的影响因素分子间距离：分子间距离越大，分子间分子间距离：分子间距离越大，分子间　　　　　　力越弱。

　　　　　　力越弱取向力：分子的偶极矩越大取向力：分子的偶极矩越大, 取向力越强取向力越强　　　　温度越高，取向力越弱　　　　温度越高，取向力越弱诱导力：诱导力： 极性分子的偶极矩越大极性分子的偶极矩越大 非极性分子的极化率越大非极性分子的极化率越大诱导力越强诱导力越强色散力：分子的极化率越大色散力：分子的极化率越大, 色散力越强色散力越强分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响α×10-40C·m2·V-1熔点熔点℃℃沸点沸点℃℃溶解度溶解度H2O乙醇乙醇丙酮丙酮He0.225-272.2-268.90.137 0.599 0.684Ne0.436-248.67-245.90.174 0.857 1.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.70.888－－－－Xe4.451-111.9-1071.94－－－－Rn6.029-71-61.84.14211.2 254.9α(×10-40 C·m2·V-1)1.655.897.33一般来说一般来说, 结构结构相似的同系列物相似的同系列物质，相对分子质质，相对分子质量越大量越大, 分子变分子变形性越大形性越大,分子分子间力越强，熔、间力越强，熔、沸点越高。

沸点越高分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响αα×10×10-40-40C·mC·m2 2·V·V- -1 1熔点熔点℃℃沸点沸点℃℃ 溶解度溶解度H2O乙醇乙醇丙酮丙酮He0.225-272.2-268.90.137 0.599 0.684Ne0.436-248.67-245.90.174 0.857 1.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.70.888－－－－Xe4.451-111.9-1071.94－－－－Rn6.029-71-61.84.14211.2 254.9α(×10-40C·m2·V-1)1.655.897.33 溶质或溶剂分子的变形性越大，溶质或溶剂分子的变形性越大，分子间力越大，溶解度越大分子间力越大，溶解度越大6-5-3氢键氢键6-5-3 氢键氢键t/℃℃周期数周期数2 3 4 5 2 3 4 5 同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但增大而升高，但NH3、、H2O、、HF特殊。

特殊H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4CH4SiH4GeH4SnH4SbH3 100 0-100-200NH3PH3AsH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te熔点熔点沸点沸点氢键的形成氢键的形成1. 分子间的氢键分子间的氢键如如 F F H H H H F F F 163pm140°255pm F的电负性大，其共用电子对强烈偏向的电负性大，其共用电子对强烈偏向F，，H只只有一个电子，其电子云偏向有一个电子，其电子云偏向F后，几乎呈质子，后，几乎呈质子，对附近另一个对附近另一个HF分子中的分子中的F 产生静电吸引作用，产生静电吸引作用，该静电吸引作用力为该静电吸引作用力为氢键。

氢键氢键氢键键长键长的定义的定义: 两种两种同种分子间的氢键同种分子间的氢键如如 F F H H H H F F F 163pm140°255pm不同种分子间的氢键不同种分子间的氢键 H HH—N H—O H或或 H HH—N—H O—H通式：通式：X—H　　Y氢键的强度氢键的强度可用氢键键能表示可用氢键键能表示通式：通式：X—H　　Y即每拆开即每拆开1mol H Y键所需的能量键所需的能量氢键键能氢键键能一般一般 42kJ mol 1，，远小于正常远小于正常共价键键能，与分子间力差不多共价键键能，与分子间力差不多。

如　如　H2O 氢键键氢键键能能为为 18 83 kJ mol 1，，　　　　　　　　O—H键键能能为为 463 kJ  mol 1 2. 分子内的氢键分子内的氢键如如H O O —N O硝酸硝酸O O N H O邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内氢键由于受环状结构的限制，分子内氢键由于受环状结构的限制，X—H　　Y往往不在同一直线上往往不在同一直线上氢键形成对物质性质的影响氢键形成对物质性质的影响熔、沸点熔、沸点分子间的氢键存在使熔、沸点升高分子间的氢键存在使熔、沸点升高如如 HF、、H2O、、NH3 分子内的氢键存在使熔、沸点降低分子内的氢键存在使熔、沸点降低如如氢键氢键熔点／熔点／℃℃邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内分子内45间位硝基苯酚间位硝基苯酚分子间分子间96对位硝基苯酚对位硝基苯酚分子间分子间114溶解度溶解度在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,则会使溶质的溶解度增大则会使溶质的溶解度增大。

如如 HF、、NH3 在在H2O的溶解度很大的溶解度很大粘度增大粘度增大如　甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间如　甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间　　氢键的存在，为粘稠状液体　　氢键的存在，为粘稠状液体密度：液体分子间的氢键存在，使分子密度：液体分子间的氢键存在，使分子　　　发生缔合现象　　　发生缔合现象如　如　nHF (HF)n 缔合缔合 水水 冰冰缔合缔合。