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1、4.3 分子间力与氢键分子间力与氢键4.3.1 分子的电偶极矩和极化率分子的电偶极矩和极化率4.3.2 分子间力分子间力4.3.3 氢键氢键1.分子的电偶极矩分子的电偶极矩 分子中正、负电荷中心称分子中正、负电荷中心称偶极偶极(dipole),其带的电量分别为其带的电量分别为+Q、 -Q，两偶极间的距两偶极间的距离称离称偶极长度偶极长度(d)。 +-+Q-Qd4.3.1 分子的电偶极矩和极化率分子的电偶极矩和极化率 分子的电偶极矩分子的电偶极矩(dipole moments)：用用于定量地表示分子的极性大小。于定量地表示分子的极性大小。极性分子极性分子 d 0 0非极性分子非极性分子 d=0
2、=0单位：单位：C m 偶极矩是矢量偶极矩是矢量,方向由正电荷中心指向方向由正电荷中心指向负电荷中心。负电荷中心。偶极矩越大，偶极矩越大，分子的极性越强。分子的极性越强。 区分化学键的极性和分子的极性：区分化学键的极性和分子的极性： 双原子分子：键的极性与分子的极性一致双原子分子：键的极性与分子的极性一致 。 多原子分子：键的极性与分子的极性不完多原子分子：键的极性与分子的极性不完 全一致，需考虑分子的空间全一致，需考虑分子的空间 构型。构型。 偶极矩与分子空间构型的关系偶极矩与分子空间构型的关系双双 原原 子分子分 子子直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形
3、直线形直线形V字字形形直线形直线形V字字形形V字字形形直线形直线形直线形直线形三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形四面体形四面体形正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形多多 原原 子分子分 子子四四 原原 子分子分 子子五五 原原 子分子分 子子分子式分子式分子式分子式偶极矩偶极矩()/(10-30C.m)偶极矩偶极矩()/(10-30C.m)分子空间构型分子空间构型分子空间构型分子空间构型HFHClHBrHICON2H2HCNH2OH2SSO2CS2CO2NH3BF3CHCl3CH4CCl46. 373. 572. 671. 400. 40009. 856. 175. 333. 67004
4、. 9003. 50002.分子的极化率分子的极化率-+ -+ -+ - 在外电场的作用下，非极性分子原来重合的在外电场的作用下，非极性分子原来重合的正、负电荷中心被分开；极性分子原来不重合的正、负电荷中心被分开；极性分子原来不重合的正、负电荷中心被进一步分开。这种正、负两极正、负电荷中心被进一步分开。这种正、负两极被分开的过程叫做分子的极化。被分开的过程叫做分子的极化。 极化率：极化率：用于定量地表示分子的变形性用于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性越大，极化率越大。大小。分子的变形性越大，极化率越大。影响分子变形性大小的因素：影响分子变形性大小的因素：外因：外因：外加电场愈强，分子变
5、形愈厉害；外加电场愈强，分子变形愈厉害；内因：内因：分子愈大，分子变形愈厉害。分子愈大，分子变形愈厉害。分子的极化率分子的极化率/(1040Cm2 V1)非极性分子的瞬时偶极非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。的性能。 色散力色散力 (dispersion force)：由于瞬时：由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用力。偶极而产生的分子间相互作用力。一大段时间内一大段时间内的大体情况的大体情况每一瞬间每一瞬间1.色散力色散力4.3.
6、2 分子间力分子间力 色散力与分子极化率有关。色散力与分子极化率有关。极化率极化率大大, ,色散力大。色散力大。 诱导力诱导力(induction force)：诱导偶极与：诱导偶极与固有偶极之间产生的分子间相互作用力。固有偶极之间产生的分子间相互作用力。决定诱导决定诱导力力强弱的因素：强弱的因素：极性分子的偶极矩愈大，诱导极性分子的偶极矩愈大，诱导力力愈强。愈强。非极性分子的极化率愈大，诱导非极性分子的极化率愈大，诱导力力愈强。愈强。分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时2.诱导力诱导力 两个极性分子相互靠近时，由于同极相两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并
7、按异极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。邻状态取向，分子进一步相互靠近。 取向力取向力(orientation force) ：极性分子极性分子之间由于固有偶极的取向产生的吸引力。之间由于固有偶极的取向产生的吸引力。分子离得较远分子离得较远 取取向向3.取向力取向力极性分子的偶极矩愈大，极性分子的偶极矩愈大，取向力取向力愈强。愈强。 分子间力分子间力( (Intermolecular forces)Intermolecular forces)是三是三种吸引力的总称。种吸引力的总称。色色散力是散力是分子间力中最主要的一种力。分子间力中最主要的一种力。分子间的
8、吸引作用分子间的吸引作用(1022 J)分子间力的特点：分子间力的特点：分子间力作用的范围很小分子间力作用的范围很小(一般是一般是300500pm)。分子间力较弱，既无方向性又无饱和性。分子间力较弱，既无方向性又无饱和性。分子间力分子间力的大小一般为几的大小一般为几 kJmolkJmol1 1，比化学键小比化学键小 1 12 2 个数量级。个数量级。分子间力的意义：分子间力的意义： 决定物质的熔点、沸点、气化热、熔化决定物质的熔点、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。的重要因素。4.3.3 氢键氢键 HF HCl HBr H
9、I沸点沸点/oC 85.0 66.7 35.419.9极化率极化率 小小 大大色散力色散力 弱弱 强强 沸点沸点 低低 高高HF为何反常的高？为何反常的高？原因原因存在存在氢键氢键。 HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的性大的 F 原子一侧。在几乎裸露的原子一侧。在几乎裸露的 H 原子原子核与另一个核与另一个 HF 分子中分子中 F 原子的某一孤对电原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为子之间产生的吸引作用称为氢键氢键(hydrogen bond)。 氢键可表示为氢键可表示为XH Y，X和和Y既可相既可相同，也可不同，都是电负性很大的原子。同，也可不同，都
10、是电负性很大的原子。氢键的形成条件：氢键的形成条件：分子中有分子中有H和和电负性大、电负性大、半径小半径小且有且有孤对电子孤对电子的元素的元素(F ，O，N)形成形成氢键。氢键。氢键的特点：氢键的特点： 键长键长特殊：特殊：FH F 270pm 键能键能小小 E(FH F) 28kJmol1 具有具有饱和性饱和性 和方向性和方向性 除了除了HF、H2O、NH3 有有氢键氢键外，在有机外，在有机羧酸羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外，除了分子间氢键外，还有还有分子内氢键分子内氢键。例如，。例如，硝酸的分子内氢键。硝酸的分子内氢键。
