【正文】 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 91 *根據(jù)偶極矩大小可以判斷分子有無極性 ，比較分子極性的大小 。 ? = 0， 為非極性分子；?值愈大 ， 分子的極性愈大 。 *偶極矩還可幫助判斷分子可能的空間構(gòu)型 。例如 NH3和 BCl3都是由四個原子組成的分子 ， 可能的空間構(gòu)型有兩種 ， 一種是平面三角形 ， 一種是三角錐形 ， 根據(jù) ? (NH3)=?10?30 C?m ?(BCl3)= C?m 可知 ， BCl3分子是平面三角形構(gòu)型 ， 而 NH3分子是三角錐形構(gòu)型 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 92 2. 分子變形性 極化率 非極性分子在外電場作用下會產(chǎn)生偶極 ， 成為極性分子；極性分子在外電場作用下本來就具有的 固有偶極 會增大 ， 分子極性進(jìn)一步增大 。 這種在外電場作用下 ， 正 、 負(fù)電荷中心距離增大的現(xiàn)象 ， 稱為 變形極化 ， 所形成的偶極稱為 誘導(dǎo)偶極 (induced dipole)。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 93 3. 分子間的吸引作用 分子的變形不僅在電場中發(fā)生，在相鄰分子間也會發(fā)生。分子的極性和變形性，是產(chǎn)生分子間力的根本原因。 (1)色散力 任何分子由于其電子和原子核的不斷運(yùn)動，常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬間相對位移，從而產(chǎn)生瞬間偶極。 瞬間偶極 之間的作用力稱為 色散力 (dispersion force)。 分子的變形性愈大，色散力愈大。分子中原子或電子數(shù)越多，分子愈容易變形，所產(chǎn)生的瞬間偶極矩就愈大，相互間的色散力愈大。色散力不僅存在于非極性分子間，同時也存在于非極性分子與極性分子之間和極性分子與極性分子之間。所以色散力是分子間普遍存在的作用力。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 94 （ 2）誘導(dǎo)力 當(dāng)極性分子與非極性分子相鄰時，極性分子就如同一個外電場，使非極性分子發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。極性分子的固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的這種作用力稱為 誘導(dǎo)力 (induced force)。誘導(dǎo)力的本質(zhì)是靜電引力，極性分子的偶極矩愈大，非極性分子的變形性愈大，產(chǎn)生的誘導(dǎo)力也愈大；而分子間的距離愈大，則誘導(dǎo)力愈小。極性分子之間也會相互誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，所以極性分子之間也會產(chǎn)生誘導(dǎo)力。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 95 極性分子間的相互作用 μ 為偶極矩。 221 2 2 16DE r? ? ? ????2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 96 （ 3）取向力 極性分子與極性分子之間 ， 由于同性相斥 、異性相吸的作用 ， 使極性分子間按一定方向排列而產(chǎn)生的靜電作用力稱為 取向力(orientation force) 。 取向力的本質(zhì)是靜電作用 ， 可根據(jù)靜電理論求出取向力的大小 。 偶極矩越大 ， 取向力越大；分子間距離越小 ， 取向力越大 。 同時 ， 取向力與熱力學(xué)溫度成反比 。 2212623kEr kT??? ? ?2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 97 分子間力的特點(diǎn)： *分子間力屬靜電作用 ， 既無方向性 ， 也無飽和性 。分子間力是一種永遠(yuǎn)存在于分子間的作用力 ， 隨著分子間距離的增加 ， 分子間力迅速減小 ， 其作用能的大小約比化學(xué)鍵小 1~2個數(shù)量級 ， 在幾到幾百焦耳每摩爾之間 。 *分子間力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì) ， 如物質(zhì)的熔點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 等 。 例如 ， HX 的 分 子 量 依HCl?HBr?HI順序增加 ， 則分子間力 (主要是色散力 )也依次增加 ， 故其熔沸點(diǎn)依次增高 。 然而它們化學(xué)鍵的鍵能依次減小 ， 所以其熱穩(wěn)定性依次減小 。 此外分子間力愈大 ， 它的氣體分子越容易被吸附 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 98 4. 氫鍵 p區(qū)同族元素氫化物的熔、沸點(diǎn)從上到下升高，而 NH H2O和 HF卻例外。如 H2O的熔、沸點(diǎn)比 H2S、 H2Se和 H2Te都要高。 H2O還有許多反常的性質(zhì)，如特別大的介電常數(shù)和比熱容以及密度等。又如 HF分子氣相為二聚體 (HF)2，HCOOH分子氣相也為二聚體 (HCOOH)2。根據(jù)甲酸二聚體在不同溫度的解離度，可求得它的解離能為 ?mol?1 ，這個數(shù)據(jù)顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的分子間力。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 99 對 ( HF) 2 和甲酸二聚體的結(jié)構(gòu)測定表明它們具有如圖結(jié)構(gòu)。這些反常的現(xiàn)象除與分子間力有關(guān)外，還存在另外一種力，這就是在這些反常分子間還存在氫鍵(h ydrogen bo nd) 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 100 氫鍵 :當(dāng)氫與電負(fù)性很大 、 半徑很小的原子 X(X可以是 F、 O、 N、 等高電負(fù)性元素 )形成共價鍵時 ， 共用電子對強(qiáng)烈偏向于 X原子 ， 因而氫原子幾乎成為半徑很小 、 只帶正電荷的裸露的質(zhì)子 。 這個幾乎裸露的質(zhì)子能與電負(fù)性很大的其他原子 (Y)相互吸引 ， 也可以和另一個 X原子相互吸引 ， 形成氫鍵 。 形成氫鍵的條件是 ： l氫原子與電負(fù)性很大的原子 X形成共價鍵； l有另一個電負(fù)性很大且具有孤對電子的原子 X(或 Y)；一般在 X— H…X(Y) 中，把“ …” 稱作氫鍵。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 101 易形成氫鍵的元素有 F、 O、 N， 及 Cl、 S。 這些元素的電負(fù)性愈大 ， 氫鍵愈強(qiáng)；原子半徑愈小 ， 氫鍵也愈強(qiáng) 。 氫鍵的強(qiáng)弱與這些元素的電負(fù)性大小 、 原子半徑大小有關(guān) ， 氫鍵的強(qiáng)弱順序為： F— H… F ? O— H… O ? N— H… N ? ? O— H… Cl ? O— H… S 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 102 氫鍵的特點(diǎn)： *鍵能一般在 40kJ?mol?1以下 ， 比化學(xué)鍵的鍵能小得多 ， 而和范德華力處于同一數(shù)量級 。 *具有飽和性和方向性 。 氫鍵的飽和性表示一個 X— H只能和一個 Y形成氫鍵 。 氫鍵的方向性是指 Y原子與 X— H形成氫鍵時 ， 其方向盡可能與 X— H鍵軸在同一方向 ， 即 X— H… Y盡可能保持 180?。 因為這樣成鍵可使 X與 Y距離最遠(yuǎn) ，兩原子的電子云斥力最小 ， 形成穩(wěn)定的氫鍵 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 103 氫鍵的特點(diǎn)： *鍵能一般在 40kJ?mol?1以下 ， 比化學(xué)鍵的鍵能小得多 ， 與范德華力同一數(shù)量級 。 *具有飽和性和方向性： ?氫鍵的飽和性表示一個 X— H只能和一個 Y形成氫鍵 。 ?氫鍵的方向性是指 Y原子與 X— H形成氫鍵時 ， 其方向盡可能與 X— H鍵軸在同一方向 ， 即 X— H… Y盡可能保持 180?。 （ 這樣成鍵可使 X與 Y距離最遠(yuǎn) ，兩原子的電子云斥力最小 ， 形成穩(wěn)定的氫鍵 ） 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 104 氫鍵的分類： 分子間氫鍵：見前述 分子內(nèi)氫鍵： HNO3分子 ，以及在苯酚的鄰位上有? NO2 、 ? COOH 、?CHO、 ?CONH3等基團(tuán)時都可以形成分子內(nèi)氫鍵 。 分子內(nèi)氫鍵由于分子結(jié)構(gòu)原因通常不能保持直線形狀 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 105 氫鍵對物質(zhì)的物理性質(zhì)的影響： 分子間形成氫鍵時 ， 使分子間結(jié)合力增強(qiáng) ，使化合物的熔點(diǎn) 、 沸點(diǎn) 、 熔化熱 、 汽化熱 、粘度等增大 ， 蒸汽壓則減小 。 例如 HF的熔 、沸點(diǎn)比 HCl高 ， H2O的熔 、 沸點(diǎn)比 H2S高 ，分子間氫鍵還是分子締合的主要原因 。 因為冰有氫鍵 ， 必須吸收大量的熱才能使其斷裂 ， 所以其熔點(diǎn)大于同族的 H2S。 分子內(nèi)氫鍵的形成一般使化合物的熔點(diǎn) 、沸點(diǎn) 、 熔化熱 、 汽化熱 、 升華熱減小 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 106 氫鍵對化合物的溶解度的影響： 當(dāng)溶質(zhì)和溶劑分子間形成氫鍵時 ， 使溶質(zhì)的溶解度增大；當(dāng)溶質(zhì)分子間形成氫鍵時 ，在極性溶劑中的溶解度下降 ， 而在非極性溶劑中的溶解度增大 。 當(dāng)溶質(zhì)形成分子內(nèi)氫鍵時 ， 在極性溶劑中的溶解度也下降 ， 而在非極性溶劑中的溶解度則增大 。 例如鄰硝基苯酚易形成分子內(nèi)氫鍵 ， 比其間 、 對硝基苯酚在水中的溶解度更小 ， 更易溶于苯中 。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 107 氫鍵在人類和動植物的生理、生化過程中的作用。 氫鍵在生物大分子如蛋白質(zhì)、 DNA、 RNA及糖類等中有重要作用。蛋白質(zhì)分子的 ?螺旋結(jié)構(gòu)就是靠羰基 (C═O) 上的 O原子和氨基 (─NH) 上的 H原子以氫鍵 (C═O … H─N) 結(jié)合而成。 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)也是靠堿基之間的氫鍵連接在一起的。 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 108 浙江大學(xué)紫金港校區(qū)教學(xué)樓 2022年 2月 10日 高中化學(xué)競賽培優(yōu)教程 第四章 109 浙江大學(xué)化學(xué)實驗中心