無機(jī)化學(xué)天津大學(xué)06-5分子間力和氫鍵課件

無機(jī)化學(xué)

分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第六章第五節(jié)第六章分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分子間力和氫鍵6.5

分子間力和氫鍵氣體液化成液體，液體凝固成固體。表明在物質(zhì)分子間還存在著相互作用力，這種分子間力稱為范德華力。分子間力是決定物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、氣化熱，熔化熱、溶解度、表面張力、黏度等性質(zhì)的主要因素。

從本質(zhì)上來說分子間力屬于電學(xué)性質(zhì)的靜電作用力。6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性產(chǎn)生：每個(gè)分子都由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，正負(fù)電荷數(shù)量相等,整個(gè)分子是電中性的。如果分子的正電荷中心和負(fù)電荷中心不重合在同一點(diǎn)上,那么分子就具有極性。6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性雙原子分子兩個(gè)相同原子組成的分子，正、負(fù)電荷中心重合，不具有極性，為非極性分子。例H2+_HH6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性雙原子分子HClHCl+_不同原子組成的分子,負(fù)電荷中心比正電荷中心更偏向電負(fù)性大的原子,正、負(fù)電荷中心不重合,分子有極性,為極性分子。即雙原子分子的極性取決于鍵的極性：含有極性鍵的分子一定是極性分子，極性分子一定含有極性鍵。6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性多原子分子分子的極性鍵的極性分子的幾何構(gòu)型例H2O++__+_HHO極性分子6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性多原子分子分子的極性鍵的極性分子的幾何構(gòu)型

CO2非極性分子+_+_+_OOC6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性鍵的極性取決于成鍵兩原子共用電子對的偏離分子的極性取決于分子中正、負(fù)電荷中心是否重合6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性分子Br2NOH2SCS2BF3CHCl3鍵的極性非極性極性極性極性極性極性幾何構(gòu)型直線直線V形直線正三角形四面體分子極性非極性極性極性非極性非極性極性分子類型離子型極性非極性++___+6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性偶極矩(μ)分子中電荷中心的電荷量(q)與正、負(fù)電荷中心距離(d)的乘積μ=q·dμ的單位:庫·米(C·m)d+q_qμ=0非極性分子μ≠０極性分子,μ越大,分子極性越強(qiáng)6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性依次減弱分子極性1.272.633.616.40μ/(10-30C·m)HIHBrHClHFHXμ越大,分子極性越強(qiáng)偶極矩(μ)6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的極性根據(jù)μ可以推斷某些分子的幾何構(gòu)型直線形直線形三角錐形V字型幾何構(gòu)型5.334.3300μ/(10-30C·m)SO2NH3CS2CO2分子偶極矩(μ)6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的變形性非極性分子在電場作用下，電子云與核發(fā)生相對位移，分子變形，出現(xiàn)偶極，這種偶極稱為誘導(dǎo)偶極[μ(誘導(dǎo))]

。分子的形狀發(fā)生變化，分子的這種性質(zhì)叫分子的變形性。這一變化過程叫分子極化。+_+_+_6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的變形性+_+_+_μ(誘導(dǎo))＝α·

EE

—

電場強(qiáng)度

α

—

極化率

α越大，分子變形性越大6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的變形性極性分子在電場中的變形極化取向變形定向極化變形極化固有偶極誘導(dǎo)偶極分子的偶極=固有偶極+誘導(dǎo)偶極++_++++++++++++____________-6.5

分子間力和氫鍵6.5.1

分子的極性和變形性分子的變形性極性分子本身是個(gè)微電場，因而，極性分子與極性分子之間、極性分子與非極性分子之間也會(huì)發(fā)生極化作用。6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的種類色散力誘導(dǎo)力取向力6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在非極性分子與非極性分子之間非極性分子正負(fù)電荷中心重合，分子沒有極性。但電子在運(yùn)動(dòng)，原子核也在不停地振動(dòng)，使原子核與電子云之間發(fā)生瞬時(shí)的相對位移。正、負(fù)電荷中心暫時(shí)不重合，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極。這種瞬時(shí)偶極盡管存在時(shí)間極短，但電子和原子核總在不停地運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)偶極不斷地出現(xiàn)。6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在非極性分子與非極性分子之間+_+_+_+__+_+_+_+分子間由于瞬時(shí)偶極所產(chǎn)生的作用力——色散力6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在非極性分子與極性分子之間

1.非極性分子在極性分子固有偶極作用下，發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的作用力稱為誘導(dǎo)力。

2.由于電子與原子核的相對運(yùn)動(dòng)，極性分子也會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)偶極，所以非極性分子與極性分子之間也存在色散力。

6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在極性分子與極性分子之間

1.極性分子相互靠近時(shí)，發(fā)生定向極化，

由固有偶極的取向而產(chǎn)生的作用力稱為取向力++_++++++++++++____________

2.極性分子定向極化后，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，存在誘導(dǎo)力6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在極性分子與極性分子之間

1.極性分子相互靠近時(shí)，發(fā)生定向極化，

由固有偶極的取向而產(chǎn)生的作用力稱為取向力

2.極性分子定向極化后，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，存在誘導(dǎo)力

3.存在色散力6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的存在分子分子間力種類非極性分子-非極性分子色散力非極性分子-極性分子色散力、誘導(dǎo)力極性分子-極性分子色散力、誘導(dǎo)力、取向力6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力的特點(diǎn)是一種電性作用力作用距離短,作用范圍僅為幾百皮米。作用能小，一般為幾到幾十千焦每摩爾。比鍵能小1~2個(gè)數(shù)量級無飽和性和方向性對大多數(shù)分子來說，以色散力為主(除極性很大且存在氫鍵的分子，如H2O外)6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子E(取向)E(誘導(dǎo))E(色散)E(總)kJ·mol-1kJ·mol-1kJ·mol-1kJ·mol-1Ar0.0000.0008.498.49CO0.0030.0088.748.75HI0.0250.11325.825.9HBr0.6860.50221.923.1HCl3.301.0016.821.1NH313.31.5514.929.8H2O36.31.928.9947.2對大多數(shù)分子來說，以色散力為主(除極性很大且存在氫鍵的分子，如H2O外)6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力影響分子間力的因素取向力：溫度越高，取向力越弱分子的偶極矩越大,取向力越強(qiáng)誘導(dǎo)力：極性分子的偶極矩越大非極性分子的極化率越大誘導(dǎo)力越強(qiáng)色散力：分子的極化率越大,色散力越強(qiáng)分子間距離：分子間距離越大，分子間力越弱6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力對物質(zhì)性質(zhì)的影響α10-40C·m2·V-1熔點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃溶解度H2O乙醇丙酮He0.225-272.2-268.90.1370.5990.684Ne0.436-248.67-245.90.1740.8571.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.30.888－－Xe4.451-111.9-1071.94－－Rn6.029-71-61.84.14211.2254.9α/(10-40C·m2·V-1)1.655.897.33一般來說,結(jié)構(gòu)相似的同系列物質(zhì)相對分子質(zhì)量越大,分子變形性越大,分子間力越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高6.5

分子間力和氫鍵6.5.2分子間力分子間力對物質(zhì)性質(zhì)的影響α10-40C·m2·V-1熔點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃溶解度H2O乙醇丙酮He0.225-272.2-268.90.1370.5990.684Ne0.436-248.67-245.90.1740.8571.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.30.888－－Xe4.451-111.9-1071.94－－Rn6.029-71-61.84.14211.2254.9α/(10-40C·m2·V-1)1.655.897.33溶質(zhì)或溶劑分子的變形性越大,分子間力越大,溶解度越大。6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵的形成同種分子間的氫鍵

FFHHHHFFF163pm140°255pm如F的電負(fù)性大,其共用電子對強(qiáng)烈偏向F,H幾乎成為質(zhì)子,對附近另一個(gè)HF分子中的F產(chǎn)生靜電吸引作用,該靜電吸引作用力稱為氫鍵6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵的形成同種分子間的氫鍵不同種分子間的氫鍵

HHH—NH—OH或

HHH—N—HO—H通式：X—H

Y6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵的強(qiáng)度可用氫鍵鍵能表示通式：X—H

Y即每拆開1molHY鍵所需的能量氫鍵鍵能一般42kJmol1，遠(yuǎn)小于正常共價(jià)鍵鍵能，與分子間力差不多。如H2O

氫鍵鍵能為1883kJmol1

O—H鍵能為463kJmol1

分子間力47.2kJmol16.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵分子內(nèi)的氫鍵如

HOO—NO硝酸分子內(nèi)氫鍵由于受環(huán)狀結(jié)構(gòu)的限制，X—H

Y往往不在同一直線上OONO鄰硝基苯酚H6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響熔、沸點(diǎn)分子間的氫鍵使熔、沸點(diǎn)升高如HF、H2O、NH3

6.5

分子間力和氫鍵t/℃周期數(shù)23452345H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4CH4SiH4GeH4SnH4SbH3

1000-100-200NH3PH3AsH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te熔點(diǎn)沸點(diǎn)H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4PH3H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4PH3同族氫化物的熔、沸點(diǎn)隨相對分子質(zhì)量的增大而升高,但NH3、H2O、HF特殊6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響熔、沸點(diǎn)分子間的氫鍵使熔、沸點(diǎn)升高分子內(nèi)的氫鍵存在使熔、沸點(diǎn)降低如氫鍵熔點(diǎn)／℃鄰硝基苯酚分子內(nèi)45間位硝基苯酚分子間96對位硝基苯酚分子間114OONO鄰硝基苯酚H6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響溶解度在極性溶劑中，若溶質(zhì)和溶劑間存在氫鍵,則會(huì)使溶質(zhì)的溶解度增大如HF、NH3

在H2O的溶解度大黏度增大如甘油、磷酸、濃硫酸均因分子間氫鍵的存在，為黏稠狀液體6.5

分子間力和氫鍵6.5.3氫鍵氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響密度：液體分子間若有氫鍵存在，有可能使分子發(fā)生締合現(xiàn)象如nHF(HF)n

締合賣油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個(gè)小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初