苏教版《分子间作用力-分子晶体》课件

专题3

分子间作用力分子晶体微粒间作用力与物质性质第四单元气态固态液态水的电解范德华力、氢键一、范德华力范德华

(VanDerWaals1837－1923)

荷兰物理学家。提出了范德华方程。研究了毛细作用，对附着力进行了计算。推导出物体气、液、固三相相互转化条件下的临界点计算公式。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。原子间和分子间的吸引力被命名为范德华力。

1.概念范德华力是固体、液体和气体分子之间普遍存在的一种相互作用力，它使得许多共价分子能聚集在一起并以一定的凝聚态存在。2.特征(1)作用力通常比化学键小得多，只有化学键键能的1/10－1/100。范德华力的作用能一般只有2－20kJ/mol，而化学键的键能一般为100－600kJ/mol.

(2)无方向性和饱和性.(3)作用力的实质是一种静电作用3.影响范德华力的因素：

分子的大小、分子的空间构型、分子中电荷分布是否均匀等。

范德华力与相对分子质量的关系

单质相对分子质量熔点/℃沸点/℃F238-219.6-188.1Cl271-101.0-34.6Br2160-7.258.8I2254113.5184.4分子HClHBrHI

Ar相对分子质量36.581128

40范德华力(kJ/mol)21.1423.1126.00

8.50熔点/℃-114.8-98.5-50.8

沸点/℃-84.9-67-35.4

⑴组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，其熔沸点越高范德华力与分子的极性的关系分子相对分子质量分子的极性熔点/℃

沸点/℃CO28极性-205.05-191.49N228非极性-210.00-195.81⑵相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大（分子结构越不对称），范德华力越大，其熔沸点越高如：分子间作用力F2<Cl2<Br2<I2CF4<CCl4<CBr4<CI4例1：下列叙述正确的是：A.氧气的沸点低于氮气的沸点B.稀有气体原子序数越大，沸点越高C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力D.同周期元素的原子半径越小，越易失去电子(B）例2：下列各组物质汽化或熔化时，所克服的粒子间作用力属于同种类型的是 A．碘和干冰的升华B．二氧化硅和生石灰的熔化C．氯化钠和铁的熔化 D．溴和煤油的蒸发(AD）a.取向力当极性分子和极性分子相互接近时，它们的固有偶极的同极相斥而异极相吸，就使得极性分子按一定方向排列，因而产生了分子间的作用力，这种力叫取向力。分子极性越强，取向力越大。这种力只存在于极性分子与极性分子之间。4.范德华力的成因：(了解）b.诱导力

当极性分子和非极性分子相接近时，非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下，发生极化，而产生诱导偶极，然后诱导偶极与极性分子固有偶极相互吸引。这种由于诱导偶极而产生的作用力，称为诱导力。这种力产生于极性分子与非极性分子之间，当然极性分子与极性分子之间也互相诱导，因而也有这种力。4.范德华力的成因：c.色散力

从统计观点看，非极性分子没有极性，但组成分子的正、负微粒总是在不断地运动着，在某一瞬间，对多个分子而言总可能有分子出现正、负电荷重心不重合，而成为偶极子，这种偶极叫瞬时偶极。对大量分子，这种瞬时偶极的存在就成为经常性的，这种靠瞬时偶极产生的作用力叫色散力。

4.范德华力的成因：实验证明：对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。5.范德华力对物质性质的影响（1）组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，分子晶体的熔沸点越高。如烷烃随碳原子数的递增，熔沸点不断升高（2）对溶解度的影响溶质分子和溶剂分子间范德华力越大（或）接近，则溶质分子的溶解度越大，符合“相似相溶原理”。如Br2、I2与苯分子间的作用力较大，故溴、碘易溶于苯中，而水与苯分子间的作用力很小，故水很难溶于苯中分子间作用力与化学键的关系分子间作用力主要影响物质的物理性质，而化学键则主要影响物质的化学性质。分子间作用力与分子晶体熔、沸点的关系分子晶体要熔化、要汽化都要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔点和沸点就越高。分子晶体熔化时，一般只破坏了分子间作用力，不破坏分子内的化学键，但也有例外，如硫晶体（S8）熔化时，既破坏了分子间的作用力，同时部分S－S键断裂，形成更小的分子。二、氢键的形成第ⅥA族元素的气态氢化物的沸点随相对分子质量的增大而升高，符合前面所学规律，但HF、H2O、NH3的沸点却反常，这是什么原因呢？

当H原子与电负性很大的F、O、N等元素形成H-F、H-O、H-N共价键时，由于两元素的电负性差很大，致使这些共价键的电子对会强烈的偏向F、O、N等原子一边，结果使H原子几乎成为“裸露”的质子，从而带有较强的正电荷，具有很强的吸引电子的能力。当另一分子中的组成原子上有孤对电子（HF、H2O、NH3分子中的F、O、N等原子）时，则H原子就会与孤对电子产生电性吸引，这种静电吸引作用就是氢键。NH3HF（1）定义：除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子形成强极性共价键的氢原子（几乎成为“裸露”的质子）与另一分子中电负性很强的原子中的孤对电子之间的作用力，其本质依然是静电作用。

1.概念A—H···B（2）氢键的形成条件氢键②

H原子与另一分子中的电负性大、原子半径小且有孤对电子的元素原子（B原子）间产生静电吸引①

分子中有H原子，且H原子必须与电负性大，原子半径小的原子(A原子）形成强极性键A－H···B

（3）氢键的表示方法A和B可以是同种原子，也可以是不同种原子，但都是电负性较大、半径极小的非金属原子（一般就是N、O、F）,且B原子有孤对电子。表示式中的实线表示共价键，虚线表示氢键。

以H原子为中心的3个原子A—H···B尽可能在一条直线上，这样A原子与B原子间的距离较远，斥力较小，形成的氢键稳定。氢键具有方向性A－H···B－中，

（4）影响氢键强弱的因素F—H···F

O—H···O

N—H···N

越大A、B原子的电负性、半径，形成的氢键就。

越强

越小常见的氢键的强弱顺序为：＞＞（5）氢键的特征：具有方向性和饱和性（6）氢键的类型：氢键既可以存在于分子之间（HF分子间、NH3与H2O分子间），也可存在于分子内部的原子团之间。分子间氢键

分子内氢键

邻羟基苯甲醛对羟基苯甲醛熔点：2℃沸点：196.5℃熔点：115℃沸点：250℃(1)对沸点和熔点的影响

分子间氢键的形成使物质的沸点和熔点升高。

分子内氢键的生成往往会降低分子间作用力，从而使物质的沸点和熔点降低。2.氢键对物质性质的影响：交流与讨论：尿素、醋酸、硝酸是相对分子质量相近的三种分子，但这三种物质的熔点和沸点相差比较大。尿素＞醋酸＞硝酸。试从氢键的角度分析造成尿素、醋酸、硝酸三种相对分子质量相近的分子r熔沸点相差较大的可能原因。(2)对溶解度的影响在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键，则溶质的溶解度增大。2.氢键对物质性质的影响：水和甲醇的相互溶解（深蓝色虚线为氢键）

交流与讨论：为什么NH3极易溶于水？NH3溶于水是形成N-H…Ｏ还是形成O-H…N?●●●正是这样，NH3溶于水溶液呈碱性溶质分子与溶剂分子之间形成氢键使溶解度增大3.水中的氢键对水的性质的影响：（1）水分子间形成氢键，增大了水分子间的作用，使水的溶、沸点比H2S高（2）水结冰时，体积膨胀，密度减小（3）4℃时，冰的密度最大在水蒸气中水以单个的H2O分子形式存在；在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成（H2O）n；在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联结，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。

随温度升高，同时发生两种相反的过程：一是冰晶体结构小集体受热不断崩溃，缔合分子减少，体积变小，密度变大；另一是水分子间距因热运动不断增大，体积变大，密度变小。0～4℃间，前者占优势，4℃以上，后者占优势，4℃时，两者互不相让，导致水的密度最大．小结范德华力是普遍存在的一种分子间作用力，属于电性作用。这种作用力比较弱。范德华力越强，物质的熔点和沸点越高。氢键属于一种较强的分子间作用力，既可以存在于分子之间，也可以存在于复杂分子的内部。氢键的存在使物质具有某些特殊性质。蛋白质分子中的氢键（图中虚线表示氢键）DNA双螺旋是通过氢键使它们的碱基（A…T和C…G）

相互配对形成的（图中虚线表示氢键）三、分子晶体干冰及其晶胞

1.分子通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体

碘晶体及其晶胞2.构成微粒：分子3.微粒间的作用：分子间作用力（部分分子晶体中还存在氢键）某些分子晶体的熔点分子晶体氧氮白磷水熔点－218.3－210.144.20分子晶体硫化氢甲烷乙酸尿素熔点－85.6－182.516.7132.74.分子晶体的特点低熔点、低沸点、硬度小。5.典型的分子晶体（1）所有非金属氢化物如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等（2）部分非金属单质如卤素（X2）、氧（O2）、硫（S8）、氮（N2）、白磷（P4）、碳60（C60）等（3）部分非金属氧化物如CO2、P4O6、P4O10、SO2等（4）几乎所有的酸（而碱和盐则是离子晶体）（5）绝大多数有机物的晶体晶体类型原子晶体分子晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性不溶于任何溶剂部分溶于水实例金刚石、二氧化硅干冰、石墨原子晶体与分子晶体的比较将干冰气化，破坏了CO2分子晶体的—————将CO2气体溶于水，破坏了CO2分子的————分子间作用力共价键作用微粒作用力强弱意义化学键范德华力相邻原子之间作用力强烈影响物质的化学性质和物理性质分子之间作用力微弱影响物质的物理性质（熔、沸点及溶解度等）6.分子晶体的结构特征：

分子密堆积如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个⑴干冰晶体结构——面心立方晶胞CO2分子处于8个顶点和6个面心1个干冰晶体晶胞中含有4个CO2分子冰中1个水分子周围有４个水分子⑵冰这5个水分子形成空间正四面体结构平均每一个水分子实际形成2个氢键。⑶

白磷晶体：P4正四面体，键角为60°

白磷晶体中，P原子与P-P键的键数之比为1:1.5⑷Cn等晶体结构特点：1.Cn中有五边形和六边形，每个五边形实际含有的碳原子数为5/3个，而每个六边形实际含有的碳原子数为6/3=2个（因为每个碳原子与另3个碳原子结合）31g白磷分子中存在的共价键数目是1.5NA2,由于每个孤立的碳原子周围有3个键（1个双键，2个单键），而每个键又是2个碳原子所共有，因此棱数=化学键数=3n/23.单、双键数的求法：4.五边形和六边形数目的求法：设五边形为x个，六边形为y个，则有：

5x/3+2y=nn+(x+y)-3n/2=2

(欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2）单键数+双键数=总棱边数单键数=2×双键数足球烯C60结构如足球（如图所示），则C60中有六边形，个五边形，C60分子中含有碳碳单键个，C60分子中含有碳碳双键个201260307.分子晶体熔、沸点高低的比较规律分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范德华力和氢键）的大小。（1）组成和结构相似的物质，

烷烃、烯烃、炔烃