物质结构基础-分子间力和氢键（应用化学课件）

分子的变形性分子变形性若把分子放在外加电场（E）中，则其中的电荷分布还可能发生某些变化。例如：把一个非极性分子放入电场中，分子中原子核和电子云发生相对位移，正、负电荷中心彼此分离，产生偶极（称为诱导偶极），分子发生变形。外电场消失时，诱导偶极也随之消失，分子又恢复为原来的非极性分子。

对极性分子，本身存在的偶极称固有偶极（永久偶极），在外电场作用下，会取一定方向排列这一过程称为分子的

定向极化。+__+

在电场的持续作用下，分子的正、负电荷中心也随之发生位移而使偶极距离增长，即固有偶极加上诱导偶极，使分子极性增加，分子发生变形。外电场消失，诱导偶极也随之消失，但分子的固有偶极不变。abc极性分子定向极化诱导偶极+固有偶极

在外加电场作用下，分子正、负电荷中心分离而产生诱导偶极的过程，称为分子的变形极化。分子中因电子云和原子核发生相对位移而使分子外形发生变化的性质，称为分子的变形性。

分子变形性的影响因素：第一，外电场越强，产生诱导偶极越大，分子变形越显著，电场撤离，分子变为非极性。第二，分子越大，所含电子越多，变形性也越大。

分子在外电场作用下的变形程度，可以用极化率（α）来量度。α可由实验测定。

同类型分子中，由于相对分子质量和分子体积依次增大，故其变形性也依次增大。

附表：一些气态分子的极化率分子式α/10–40C•m2•V–1分子式α/10–40C•m2•V–1He0.277HCl2.85Ne0.437HBr3.86Ar1.81HI5.78Kr2.73H2O1.61Xe4.45H2S4.05H20.892CO2.14O21.74CO22.87N21.93NH32.39Cl25.01CH43.00Br27.15C2H64.81

小结：

1.分子的变形性

2.分子变形性的影响因素

分子的极性分子间力是1873年由荷兰物理学家范德华提出，故又称范德华力。分子的极性分子中存在带正电荷的原子核和带负电荷的电子，假设分子中两种电荷分别集中于一点，称为正电荷中心或负电荷中心，即“+”极和“－”极。

化学键的极性，决定于相邻两原子间共用电子对是否有偏移。

分子的极性，看整个分子正、负电荷中心是否重合。1.分子极性的判断（1）双原子分子分子的极性与化学键的极性一致。

①同种原子构成的分子，如H2，O2，N2等，非极性共价键，非极性分子。②不同种原子构成的分子，如HCl，HF等，极性共价键，极性分子。例H2+_HHHClHCl+_（2）多原子分子极性决定于分子的组成和几何构型例如H2O分子，极性键H—O键分子为V型，极性分子++__+_HHO+_+_+_OOC例如CO2分子，极性键C—O键分子为直线型，非极性分子H2O分子CO2分子

按极性强弱，分子可以分三种类型：离子型分子，极性分子，非极性分子。离子型分子极性分子非极性分子++___+2.分子的偶极矩（μ）为了衡量分子极性的大小，引入物理量——分子偶极矩（μ）。

μ=q·d

d为偶极长，q为正负电荷中心上的荷电量，μ可用实验测定，单位是库·米（c·m）。

分子偶极矩（μ）的应用：

（1）若某分子μ=O则为非极性分子，μ≠0为极性分子。

μ越大，极性越强，因此可用μ比较分子极性的强弱。（2）用μ验证或判断某些分子的几何构型。如CS2μ=0则为直线形分子

SO2μ=5.33则为V形分子

小结：

1.分子极性的概念

2.分子极性的判断3.分子的偶极矩分子间力分子间力

分子间存在三种作用力，即色散力、诱导力和取向力，统称范德华力。1、分子间力的产生和分类（1）非极性分子间的作用力非极性分子的偶极矩为零，似乎不存在相互作用。事实上分子内的原子核和电子在不断地运动，在某一瞬间，正、负电荷中心发生相对位移，使分子产生瞬时偶极。色散力——分子间由瞬时偶极而产生的相互作用力。abc（2）非极性分子和极性分子间的作用力

非极性分子在极性分子固有偶极作用下会发生变形极化，产生诱导偶极，诱导偶极与极性分子固有偶极之间有作用力。同时，诱导偶极又可反过来作用于极性分子，使其也产生诱导偶极，从而增强了分子之间的作用力，这种由于形成诱导偶极而产生的作用力，称为诱导力。

+_

此外，极性分子也会出现瞬时偶极，这样在非极性分子与极性分子间也会有色散力。（3）极性分子间的作用力

由于极性分子中存在固有偶极，当两个极性分子充分靠近时，会发生同极相斥、异极相吸的取向（或有序）排列。取向后，固有偶极之间产生的作用力，称为取向力。取向力的大小决定于极性分子的偶极矩，偶极矩越大，取向力越大。

极性分子定向排列后还会进一步产生变形极化，产生诱导偶极，因此它们间还有诱导力，当然它们间也会有色散力。+__+abc极性分子定向极化，取向排列诱导偶极+固有偶极分子间力色散力诱导力取向力非极性分子-非极性分子√

非极性分子-极性分子√√

极性分子-极性分子√√√归纳：2、分子间力的特点（1）本质是一种电性作用力（静电吸引）。（2）作用范围：是短程力，作用范围仅几百皮米，当分子间距离为分子本身直径的4～5倍时，作用力迅速减弱。（3）作用能：一般只有几-几十千焦每摩，比化学键键能小1-2个数量级，但对由共价型分子组成的物质的一些物理性质影响很大。（4）一般没有饱和性和方向性。（5）对大多数分子，色散力是主要的，一般相对大小：色散力＞＞取向力＞诱导力。3.分子间力对物质性质的影响

分子间力普遍存在于各种分子之间，对物质的物理性质如熔点、沸点、硬度、溶解度等都有一定的影响。

液态物质分子间力越大，气化热越大，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：结构相似的同系列物质（如X2）相对分子质量和分子体积增大，分子变形性也越大，分子间力越强，物质的熔、沸点就越高。

小结：

1.分子间力的产生和分类

2.分子间力的特点3.分子间力对物质性质的影响分子晶体分子晶体分子晶体--—以分子间力结合，且晶体的晶格结点上排列的微粒是分子，即形成分子晶体。特点:晶格上的质点—--分子质点间作用力--—分子间力(氢键）晶体中存在独立的简单分子CO2分子晶体（干冰）

性质:

熔点低，硬度小，易挥发，（分子间力弱），通常为电的不良导体，但一些强极性键的分子晶体（HCI）溶于水导电。类型:主要是一些共价型的非金属单质和化合物分子。如：稀有气体；大多数的非金属单质（H2、O2、X2、S8、P4等）；非金属间的化合物（HCI、CO2等）；大多数有机化合物。H2O分子晶体四种类型晶体结构和性质比较结构和性质离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体晶格结点上的质点正、负离子原子极性或非极性分子金属原子或正离子质点间作用力静电引力共价键范德华力、氢键金属键典型实例NaCI,Na2O金刚石CO2H2O金属或合金硬度略硬而脆高硬度软硬、部分软熔点较高高低较高、部分低挥发性低挥发难挥发高挥发难挥发导热性不良不良不良良导电性溶、熔导电绝缘体绝缘体良导体机械加工性不良不良不良良好

小结：

1.分子晶体的概念、性质和特点

2.比较了离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体的结构和性质混合型晶体石墨晶体具有：原子晶体金属晶体分子晶体的特点混合型晶体：晶格结点上粒子间的作用力不完全相同，这种晶体称为混合型晶体。图a石墨晶体石墨晶体具有：原子晶体的特点：在同一层中每个C原子均以3个sp2杂化轨道与同一平面的3个C原子形成三个σ键，键角为120˚。金属晶体的特点：每一个C原子和相邻的其他C原子形成大π键整体。大π键中的电子在整个层中的各原子间自由运动，好似金属中的自由电子，所以具有金属光泽及较好的导电性。分子晶体的特点：石墨的层与层之间相距较大，它们之间的作用力是范德华力。图b

小结：

以石墨为例，介绍了混合型晶体的结构和性质特点。氢键氢键

在HX熔、沸点变化出现反常，这是因除分子间力外，还有

氢键。

图

Ⅳ～ⅦA族各元素的氢化物的沸点递变情况1.氢键的产生例如HF，由于F原子的半径小、电负性大，共用电子对强烈偏向于F原子一方，使H原子的核几乎“裸露”出来。这个半径很小，无内层电子的带正电荷的氢原子与附近的HF分子中含孤电子对并带负电荷的F原子间产生的静电吸引力，即氢键。

FFHHHHFFF163pm140°255pm氢键产生的两个条件：

1.有与电负性大、半径小的原子且有孤对电子（F,O,N等)相连的H；

2.在附近有电负性大、半径小且有孤对电子的原子（F,O,N等)

氢键的组成可用表示，其中X、Y代表电负性大、半径小、且有孤对电子的原子，一般是F、O、N等原子。X、Y可以是不同原子，也可是相同原子。

氢键既可在同种分子或不同分子之间形成，如NH3和H2O

又可在分子内形成（例如在HNO3或H3PO4中），分别叫做分子间氢键和分子内氢键。2.氢键的特点X-H......Y方向性：X-H......Y，尽量在同一直线上。饱和性：一个X-H中的H只能与一个Y结合。键能小

E(F－H......F):

25~40kJ