第四章 分子结构——分子间的作用力、氢键、离子极化理论

§4-4 分子间作用力4-1 极性分子与非极性分子(1)键的极性键的极性由两元素的电负性差 x决定或由键矩决定。 x越大，键的极性越大。

(2)分子的极性极性分子：正电荷重心和负电荷重心不互相重合的分子。 非极性分子：两个电荷重心互相重合的分子。 由非极性键构成的分子 一定是非极性分子。 如，单质多原子分子：H2、Cl2、S8、 P4 等。

由极性键构成的分子是否一定是极性分子？

由极性键构成的分子，分子是否 有极性，还与分子的空间构型有关。 若键的极性在分子中可相互抵消，则为非极性分子。 如：BF3、CH4、CCl4、CO2 等。 若键的极性在分子中不能相互抵消，则为极性分子。 如：NH3、H2O、PCl3、SO2 等。

(3)偶极矩(dipole moment) 分子极性的大小 可由偶极矩来衡量：

偶极矩 = q · d

- q

d

+ + q

µ是一个矢量，方向在化学中是从正极到负极。d 偶极长 正电荷重心和负电荷重心的距离。偶极长d、 偶极子电荷q 是无法测定的，但偶极矩 可通过实验测得

µ 的单位为D(德拜), 1D = 3.33×10-30 C· m。因为一个电子的电量是1.6×10-19C,分子的直径在10-10 m 数量级，所以，分子电偶极矩大小数量级为10-30(C· m)。

一些分子的偶极矩：表4-13分 子 H2 N2 BCl3 CO2 CS2 H2S SO2

一些分子的偶极矩分 子 H2O HCl HBr HI NH3 CO HCN µ/ D 1.85 1.03 0.79 0.38 1.66 0.12 2.1

µ/ D 0 0 0 0 0 1.1 1.6

极性分子的这种 固有偶极叫做永久偶 极矩 。 外电场影响下所 产生的偶极叫诱导偶 极。诱导偶极矩( ) 的大小与外电场强度 成正比。

(4)分子的极化与瞬间偶极：分子的正、负电荷重心在外电场的影响下会发生变化：非极性分子

µ =0

µ

非极性分子被极化 后，产生诱导偶极 极性分子在电场的 诱导下，也能产生 诱导偶极，且总偶 极矩增大。

极性分子

µ无外电场时

µ + µ

有外电场时

图4-51 外电场对分子极性的影响示意图

分子在外电场中(或正、负离子本身的电场中)发生变形，产生 诱导偶极的过程 叫分子的极化。 即使没有外电场存在，在某一瞬间，分子的正电荷重心和负电 荷重心也会发生不重合现象，这时产生的偶极称瞬间偶极。

4-2 分子间作用力——范德华(Van der Waals)力气体能凝结成液体，固体表面有吸附现象，毛细管内 的液面会上升，粉末可压成片等，这些现象都证明分子与 分子之间有引力存在，通常把分子间力叫做范德华力。 分子间力是一种较弱的相互作用力，其结合能一般 小于40kJ· -1,比化学键能小1~2个数量级。 mol但范德华力是决定共价化合物的熔点、

沸点高低、 溶解度大小等物理性质的一个重要因素。 分子间力的性质属于电学性质，分子间力的产生与分 子的极化有关。对于范德华力本质的认识是随着量子力学 的出现而逐步深入的。

范德华力一般包括三个部分：取向力(极 极):永久偶极而产生的相互作用力。 诱导力(极 非极，极 极): 诱导偶极同极性分子的永久偶 极间的作用力叫做诱导力。 色散力(所有分子间均存在): 由于存在“瞬间偶极”而产生 的相互作用力。+ +

-

取向力

- +

- +

- + - +

+

+ + 诱导力

色散 力

分子间范德华引力的特点：(a) 永远存在于分子或原子间的一种静电作用力。 (b) 它是吸引力，其大小比化学键能小1~2个数量级。 (c) 一般没有方向性和饱和性。 (d) 作用范围只有几pm。 (e) 范德华力有三种。除强极性分子外，色散力永远是主要的。表4-14 分子间的作用能(kJ mol-1)的分配

范德华力对共价化合物物理性质的影响：分子间范德华力的大小可说明共价化合物间 的物理性质差异： 如，熔点、沸点的高低，溶解度的大小， 液化、结晶现象及相似相溶原理 等等。

问题: 决定物质熔点、沸点的因素还有哪些? 如：离子晶体；金属晶体；原子晶体。

4-3 离子的极化来自异号离子的电场作用使离子的电子云偏 离球对称，产生诱导偶极矩的过程称离子极化。 离子的极化作用实际上是一种诱导力。

未极化

正负离子都有极化对方的能力和被对方极化的可能。 但通常把正离子视为极化者、负离子为被极化者。

离子极化的结果：正、负离子的电子云发生变形，变成非球状离子， 电子云发生部分重叠，表现出一定的共价性，正、负离 子间的引力增强。 极化导致键长缩短，键能、晶格能增加；配位数下降， 结构向层型、链型、岛型过渡；溶解度降低，等等。 离子相互极化的增强

键的极性的增大 图4-55 由离子键向共价键的过渡

(1)离子的极化力和变形性极化力( )—— 一种离子使邻近的异性离子极化而变形的能力，通常阳离子极化力占主导。

Z* 极化力 r

高电荷、小半径的阳离子 有强的极化力。如：Al3+、 B3+、Si4+、Cu2+、Fe3+ 等。

变形性——受异性离子极化而发生电子云变形的能力。阴离子变形性占主导，变形性的大小用极化率衡量。 正离子因电荷高、半径小，通常不易被极化变形； 负离子因半径较大，故容易受阳离子电场影响而变形。

(2)离子的极化作用的一般规律(a …… 此处隐藏：1006字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……