结构化学（第三、四节）.ppt

结构化学
第三节分子的极性、分子间的作用力和氢键
第四节晶体结构
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第三节分子的极性、分子间的作用力和氢键
离子键、共价键、配位键和金属键,这几种化学键都是原子间较强的相互作用,键能约为100~800kJ·mol-1。此外,在分子间还存在着一种较弱的相互作用,其结合能大约只有几个到几十个kJ·mol-1,这种分子间的作用力叫做范德华力,是由范德华首先提出的。气体分子能凝聚成液体和固体,主要就靠这种分子间作用力。分子间的范德华力是决定物质熔点、沸点、溶解度等物理化学性质的一个重要因素。而分子间作用力又是与分子的极性密切相关。
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一、分子的极性和偶极矩
任何一个分子都是由带电的核和带负电的电子所组成的体系。分子中正、负电荷可认为各集中于一点,形成正电荷重心和负电荷重心。若正电荷重心和负电荷重心不互相重合,就形成了一个小的电偶极子,具有了极性。这样的分子称为极性分子。若两个电荷重心互相重合的分子则称为非极性分子。
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对于多原子分子而言,分子是否有极性,不仅取决于所形成的键是否有极性,而且还与分子的空间构型有关。例如,CO2分子中C=O键虽为极性键,CO2是非极性分子;SO2分子中S=O键为极性键,SO2是极性分子。
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如:
H-H
O-O
H-Cl
O-C-O
H2O
CH4
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分子极性的强弱,可由实验方法测得的偶极矩来量度。偶极矩等于正负电荷重心间的距离d和偶极上一端所带电量q的乘积,用符号μ表示,单位为C· m(库仑·米)。
μ= q· d
偶极矩是一个矢量,其方向是从正电荷指向负电荷。
非极性分子的偶极矩等于零。偶极矩不等于零的分子是极性分子,偶极矩越大,分子的极性越强。
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二、分子间力
分子间作用力是分子与分子之间的一种弱的相互作用力,是一种短程吸引力,与分子间距离的6次方成反比,且随分子间距离的增大将很迅速减小。根据力产生的特点,分子间力可分为色散力、诱导力和取向力三种类型。
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(1) 取向力(orientation force):当极性分子相互靠近时,除存在色散力和诱导力作用外,由于它们固有偶极之间同性相斥、异性相吸的静电作用,而使它们在空间按异极相邻形式定向排列。这种在极性分子固有偶极间产生的吸引力称为取向力。取向力与分子的偶极矩的平方成正比,即分子的极性越大,取向力越大。但与绝对温度成反比,温度越高,取向力越弱。
极性分子间的相互作用
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由此可知:分子的极性愈大,取向力也愈大。
取向力源自极性分子间固有偶极。
极性分子的固有偶极间因取向而产生的引力叫取向力。
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(2) 诱导力(induced force):当极性分子和非极性分子相互靠近时,除存在色散力外,非极性分子在极性分子的固有偶极的电场影响下也会产生诱导偶极(induced dipole)。在诱导偶极和极性分子的固有偶极之间产生的吸引力称为诱导力。诱导力也会出现在离子和分子、离子和离子之间。
非极性分子与极性分子间的相互作用
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