分子间力和氢键

第五节分子间力和氢键无机化学多媒体电子教案第六章分子结构与性质6.5分子间力和氢键Intermolecularforceandhydrogenbond分子间力

气体液化成液体，液体凝固成固体。表明在物质分子间还存在着相互作用力，这种分子间力称为范德华力。

分子间力(intermolecularforce)是决定物质的沸点、熔点、气化热，熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理性质的主要因素。6-5-1分子的极性和变形性6.5.1分子的极性和变形性分子的极性molecularpolarity

产生：每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，由于正负电荷数量相等。所以整个分子是电中性的。电荷中心——正电荷或负电荷的集中点

如果分子的正电荷中心和负电荷中心不重合，那么分子就具有极性。称为极性分子双原子分子

同核双原子分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为非极性分子。例H2+_HHHClHCl+_

异核双原子分子，正、负电荷中心不重合，为极性分子。即:对于双原子分子分子的极性取决于键的极性有极性键的分子一定是极性分子极性分子一定含有极性键分子的极性多原子分子分子的极性

键的极性分子的几何构型是否对称例H2O++__+_HHO极性分子CO2非极性分子+_+_+_OOC键的极性取决于成键两原子共用电子对的偏离，即电负性差值的大小分子的极性取决于分子中正、负电荷中心是否重合。分子Br2NOH2SCS2BF3CHCl3键的极性非极性极性极性极性极性极性几何构型直线直线V形直线正三角形四面体分子极性非极性极性极性非极性非极性极性分子类型离子型极性非极性++___+分子的极性偶极距(μ)dipolemoment

分子中电荷中心的电荷量(q)与正、负电荷中心距离(d)的乘积。μ=q·dd—偶极长度;μ—库·米(C·m)d+q_qμ=0非极性分子μ≠０极性分子,μ越大,分子极性越强。HXHFHClHBrHIμ/(10-30C·m)6.403.612.631.27分子极性依次减弱根据μ的数值可以：1.判断分子是否为极性分子2.推断某些分子的几何构型和极性强弱分子的变形性Moleculardeformability

分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为诱导偶极(induceddipole)。分子的形状发生变化，这种性质叫分子的变形性。这一变化过程叫分子极化。+_+_+_μ(诱导)＝α·

E

E—

电场强度α—

极化率，与分子的相对分子质量相关相对分子质量越大,分子变形性越大

E一定时，α越大，分子变形性越大。分子的变形性极性分子+__+取向变形定向极化变形极化固有偶极诱导偶极分子的偶极=固有偶极+诱导偶极

permanentdipole+induceddipole极性分子本身是个微电场，因而，极性分子与极性分子之间，极性分子与非极性分子之间也会发生极化作用。6-5-2分子间力6.5.2分子间力intermolecularforce分子间力的种类色散力dispersionforce诱导力inducedforce取向力

orientationforce判断时要具体指明是哪种力分子间力的产生非极性分子与非极性分子之间非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。但电子在运动，原子核也在不停地振动。使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、负电荷中心暂时不重合，产生瞬时偶极。这种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现。色散力——分子间由于瞬时偶极所产生的作用力。分子间力的产生非极性分子与极性分子之间1.由于电子与原子核的相对运动，极性分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之间也存在色散力。2.非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生变形，产生诱导偶极，诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为诱导力。+_分子间力的产生极性分子与极性分子之间3.存在色散力。2.极性分子定向极化后，会进一步产生诱导偶极，存在诱导力。

1.极性分子相互靠近时，发生定向极化，

由固有偶极的取向而产生的作用力称为取向力。+__+分子间力的产生分子分子间力种类非极性分子-非极性分子色散力非极性分子-极性分子色散力、诱导力极性分子-极性分子色散力、诱导力、取向力分子间力的特点是一种电性作用力。作用距离短,作用范围仅为几百皮米(pm)。作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔。比键能小1~2个数量级。无饱和性和方向性。对大多数分子来说，以色散力为主(除极性很大且存在氢键的分子，如H2O外)

色散力>>取向力>诱导力分子间力的影响因素分子间距离：分子间距离越大，分子间力越弱。取向力：温度越高，取向力越弱分子的偶极矩越大,取向力越强。诱导力：极性分子的偶极矩越大非极性分子的极化率越大诱导力越强色散力：分子的极化率越大,变形性越强，色散力越大。判断分子间作用力：苯和四氯化碳之间存在:色散力(均为非极性分子)氦和水之间存在:色散力和诱导力(极性分子与非极性分子之间)硫化氢和水之间存在:色散力、诱导力和取向力(极性分子之间)分子间力对物质性质的影响α×10-40C·m2·V-1熔点℃沸点℃溶解度H2O乙醇丙酮He0.225-272.2-268.90.1370.5990.684Ne0.436-248.67-245.90.1740.8571.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.70.888－－Xe4.451-111.9-1071.94－－Rn6.029-71-61.84.14211.2254.9α(×10-40C·m2·V-1)1.655.897.33一般来说,结构相似的同系列物质相对分子质量越大,分子的极化率越大，变形性越强,分子间力(特别是色散力)越强，熔、沸点越高。6-5-3氢键6.5.3氢键t/℃周期数23452345同周期氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但NH3、H2O、HF特殊。H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4CH4SiH4GeH4SnH4SbH31000-100-200NH3PH3AsH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te熔点沸点氢键的形成同种分子内的氢键如FFHHHHFFF163pm140°255pmF的电负性大，其共用电子对强烈偏向F，H只有一个电子，其电子云偏向F后，几乎呈质子，对附近另一个HF分子中的F产生静电吸引作用，该静电吸引作用力为氢键。氢键的形成同种分子间的氢键如FFHHHHFFF163pm140°255pm不同种分子间的氢键HHH—NH—OH或HHH—N—HO—H通式：X—H

Y氢键的形成有两个条件：

1.分子中有与电负性大且r小的原子(F,O,N)相连成键的H原子；

2.在H附近有电负性大,r小的原子(F,O,N)

氢键是有方向性及饱和性的一种分子间作用力，键能<42kJ.mol-1氢键特点：1.具有方向性：X---H……Y在同一条直线上，使X和Y原子距离最远，两原子电子云之间的斥力最小，因而形成的氢键越强，体系越稳定2.有饱和性：由于H的体积小，每个X---H只能与一个Y原子形成一根氢键3.

强弱与电负性有关系：

F—H……F>O—H……O>N—H……N氢键的强度可用氢键键能表示通式：X—H

Y即每拆开1molHY键所需的能量氢键键能一般42kJmol1，远小于正常共价键键能，与分子间力差不多。如H2O

氢键键能为1883kJmol1，

O—H键能为463kJmol1

。

分子内的氢键如HOO—NO硝酸OONHO邻硝基苯酚分子内氢键成键的三个原子一般不在同一直线上氢键形成对物质性质的影响熔、沸点分子间的氢键存在使熔、沸点升高。如HF、H2O、NH3

但分子内的氢键存在使熔、沸点降低。如氢键熔点／℃邻硝基苯酚分子内45间位硝基苯酚分子间96对位硝基苯酚分子间114氢键形成对物质性质的影响溶解度在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,则会使溶质的溶解度增大。如HF、NH3

在H2O的溶解度较大。粘度增大如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间氢键的存在，为粘稠状液体。密度：液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现象。密度减小如nHF(HF)n

缔合分子间力对物质性质的影响:(mp、bp、溶解性)对于构型相似的同类共价化合物：(1)无氢键：色散力是影响熔沸点的主要因素.分子量越大,熔沸点越高。

F2Cl2Br2I2

bp/℃–188.1-34.658.5184.4SiF4SiCl4SiBr4SiI4mp/℃–90.2-705.4120.5分子量相差不大时，溶解度和熔沸点：极性分子>非极性分子CH3CH2OH>CH