分子间力有三种类型:色散力,诱导力,取向力。
色散力
当非极性分子相互靠近时,由于分子中的电子和原子核都在不断运动,使得电子云与原子核之间发生瞬时的相对位移,产生瞬时偶极,分子发生变形。分子越大越容易变形。这样的两个非极性分子靠得很近时,瞬时偶极就处于异极相邻的状态,在两个分子之间产生吸引作用这种瞬时偶极与瞬时偶极之间的作用力,叫做色散力(图4-29)。色散力与分子的变形性有关,分子的变形性越大,色散力越大。由于色散力是由分子的热运动引引起的,所以色散力存在于所有分子中,并且为三种作用力中最主要的作用力。
诱导力
极性分子与非极性分子相遇时,极性分子的固有偶极产生的电场作用力使非极性分子的电子云发生变形,产生诱导偶极,固有偶极与诱导偶极进一步相互作用,这种作用力叫做诱导力(图4-30)。诱导力同样存在于极性分子之间,使使固有偶极矩加大。
取向力
极性分子相互靠近时,由于分子固有偶极之间同极相斥、异极相吸,使得分子在空间取向排列,这种固有偶极与固有偶极之间的作用力叫做取向力。取向力使极性分子更加靠近,在两个相邻分子的固有偶极的作用下,极性分子进一步变形极化,产生诱导偶极(图4-31)。
总之,在非极性分子之间存在着色散力;在非极性分子和极性分子之间存在色散力和诱导カ;在极性分子之间存在色散力、诱导力和取向力。根据表4-13,色散力存在于各种分子间,为主要的分子间作用力。
表4-13 分子间作用能的分配
分子 | 取向能/kJ·mol-1 | 诱导能/kJ·mol-1 | 色散能/kJ·mol-1 | 总作用能/kJ·mol-1 |
H2 | 0 | 0 | 0.17 | 0.17 |
Ar | 0 | 0 | 8.49 | 8.49 |
Xe | 0 | 0 | 17.41 | 17.41 |
CO | 0.003 | 0.008 | 8.74 | 8.75 |
HCl | 0.30 | 1.10 | 16.82 | 21.22 |
HBr | 1.09 | 0.71 | 28.45 | 30.25 |
HI | 0.59 | 0.31 | 60.54 | 61.44 |
例4-10 试分析H2O分予与Ar分子间存在着哪几种作用力。
解:H2O分子与Ar分子间:肯定有色散力,此外极性H2O分子会诱导Ar电子云变形,故相互间还有诱导力
分子间力的本质是一种电性引力,所以它既无方向性又无饱和性。作用力的大小与分子间距离的6次方成反比,它的作用距离大约在300~500pm,随着分子间距离的增大而减小。分子间力的作用能一般为2~20kJ/mol,远小于化学键的作用用能能(100~600kJ/mol)。
分子间力对物质物理性质的影响是多方面的。液态物质,分子间力越大,汽化热越大,沸点越高;固态物质,分子间力越大,熔化热越大,熔点越高。一般说来,结构相似的同系列物质,相对分子质量越大,分子变形性越大,分子间力越强,熔点、沸点越高。所以不难解释,稀有气体、卤素等物质的熔点、沸点随着相对分子质量的增大而升高。
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