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H2O和HF的分子间氢键很强,以致于分子发生缔合,以(H2O)2、(H2O)3、(HF)2、(HF)3形式存在,而(H2O)2排列最紧密, 4℃时,(H2O)2比例最大,故4℃时水的密度最大.可以形成分子内氢键时,势必削弱分子间氢键的形成.故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不是很高.典型的例子是对硝基苯酚和邻硝基苯酚:
诱导偶极用 μ表示,其强度大小和电场强度成正比,也和分子的变形性成正比.所谓分子的变形性,即为分子的正负电重心的可分程度,分子体积越大,电子越多,变形性越大.
非极性分子无外电场时,由于运动、碰撞,原子核和电子的相对位置变化,其正负电重心可有瞬间的不重合;极性分子也会由于上述原因改变正负电重心.这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫瞬间偶极.瞬间偶极和分子的变形性大小有关.
3、色散力
瞬间偶极－瞬间偶极之间有色散力.
由于各种分子均有瞬间偶极,故色散力存在于极性分子－极性分子、极性分子－非极性分子及非极性分子－非极性分子之间.色散力不仅存在广泛,而且在分子间力中,色散力经常是重要的.观察下面数据:
kJ/mol取向力诱导力色散力
Ar008.49
HCl3.3051.10416.82
E/kJ·mol-128.018.85.4
3.氢键对于化合物性质的影响
分子间存在氢键时,大大地影响了分子间的结合力,故物质的熔点、沸点将升高. CH3CH2-OH存在分子间氢键，而分子量相同的H3C-O-CH3无氢键，故前者的b.p.高。
HF、HCl、HBr、HI ,从范德华力考虑,半径依次增大,色散力增加, b.p.高,故b. P.为HI > HBr > HCl,但由于HF分子间有氢键，故HF的b.p.在这里最高,破坏了从左到右b.p.升高的规律. H2O, NH3由于氢键的存在,在同族氢化物中b.p.亦是最高.
三氢键
1.氢键的概念
以HF为例, F的电负性相当大,电子对偏向F,而H几乎成了质子,这种H与其它分子中电负性相当大、r小的原子相互接近时,产生一种特殊的分子间力——氢键.表示为···· : F－H····F－H
两个条件:1.与电负性大且r小的原子(F, O, N)相连的H ; 2.在附近有电负性大, r小的原子(F, O, N).
μ = 1.0 时, μ＝4.8 D
通过下列的数据体会D的大小:
HIHBrHClNH3H2O乙醚
μ/D0.380.791.031.661.851.15
永久偶极:极性分子的偶极矩称为永久偶极.
2.诱导偶极和瞬间偶极
非极性分子在外电场的作用下,可以变成具有一定偶极的极性分子,而极性分子在外电场作用下,其偶极也可以增大.在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极.
取向力、诱导力和色散力统称范德华力,它具有以下的共性:
1)永远存在于分子之间;
2)力的作用很小;
3)无方向性和饱和性;
4)是近程力，
5)经常是色散力为主.
HeNeArKrXe
从左到右原子半径(分子半径)依次增大,变形性增大,色散力增强,分子间结合力增大,故b.p.依次增高.可见,范德华力的大小与物质的m.p.、b.p.等物理性质有密切联系.
二分子间作用力——范德华力
化学键的结合能一般在1.0 kJ/mol数量级,而分子间力的能量只有几个kJ/mol.
1.取向力
极性分子之间靠永久偶极－永久偶极作用称为取向力.仅存在于极性分子之间.
2.诱导力
诱导偶极与永久偶极作用称为诱导力.
极性分子作用为电场,使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大(也产生诱导偶极),这时诱导偶极与永久偶极之间形成诱导力,因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间,也存在于极性分子与极性分子之间.
2.氢键的特点
1°饱和性和方向性
由于H的体积小, 1个H只能形成一个氢键.由于H的两侧电负性极大的原子的负电排斥,使两个原子在H两侧呈直线排列.除非其它外力有较大影响时,才可能改变方向.
2°氢键的强度
介于化学键和分子间作用力之间,和电负性有关.
F－H ···· FO — H ···· ON－H····N
分子间作用力
一.分子间偶极矩
分子内原子间的结合靠化学键,物质中的分子间存在着分子间作用力.
1.永久偶极
分子的正电重心和负电重心不重合,分子则为极性分子,其极性的大小可以用偶极矩来度量.
双原子分子HCl的正负电重心不重合,是极性分子.若正电(或负电)重心上的电荷的电量为q ,正负电重心之间的距离为d (称偶极矩长),则偶极矩为: μ＝qd