第十一课化学

物质状态

分子间作用力

粒子(原子和分子)之间的吸引力和排斥力称为分子间作用力。这个术语不包括静电力(存在于两个电荷相反的离子之间)和共价键中的力。

范德华力:相互吸引的分子间力称为范德华力。这些力包括色散力(或伦敦力),偶极-偶极力和偶极诱导偶极力。

色散力或伦敦力:两个临时偶极子之间的引力称为伦敦力。它也称为色散力。这些力总是有吸引力的。这个力的相互作用能与两个相互作用粒子之间距离的六次方成反比。(1 / r ^ 6的)。伦敦力只在短距离(大约500 pm)重要,它们的大小取决于粒子的偏振性。

原子和非极性分子在电上是不对称的。由于它们的电荷云是对称分布的,所以它们没有偶极矩。但是偶极子甚至在这样的原子和分子中也可能瞬间产生。

带电云的对称分布 瞬时偶极子 诱导偶极子

让我们假设有两个原子A和B彼此靠近。其中一个原子(A)的电荷分布暂时变得不对称。这意味着电荷云在一边多于另一边。这导致A原子在很短的时间内产生瞬时偶极子。这种瞬态偶极子扭曲了原子B的电子密度,结果在原子B中产生了偶极子。原子a和原子B的临时偶极子相互吸引。

取向力

这些力作用于具有永久偶极子的分子之间。偶极子的末端具有“部分电荷”,这些电荷用希腊字母δ (δ)表示。部分电荷总是小于单位电子电荷(1.6 × 10)-19年).

取向力

静止极性分子之间的偶极-偶极相互作用能量正比于“1/r^3”,旋转极性分子之间的能量正比于“1/r^6”,其中r是极性分子之间的距离。偶极-偶极相互作用强于伦敦力,但弱于离子-离子相互作用,因为偶极-偶极相互作用只涉及部分电荷。

偶极诱导偶极力

这是一种吸引力,存在于具有永久偶极子的极性分子和缺乏永久偶极子的分子之间。极性分子的永久偶极子通过电子云的变形诱导电中性分子上的偶极子。

Dipole-induced偶极子

相互作用能与1/r^6成正比。诱导偶极矩取决于永久偶极子中的偶极矩和电中性分子的极化性。

氢键

这是偶极子-偶极子相互作用的特例。氢键能在10 ~ 100 kJ mol之间变化-1.这是一个巨大的能量,因此氢键是决定许多化合物结构和性质的强大力量。

注意:除了上面讨论的吸引力外,分子之间也存在排斥力。当两个分子相互靠近时,电子云之间的排斥力和两个分子原子核之间的排斥力开始起作用。斥力的大小随着分子间距离的减小而迅速增大。因此,很难压缩液体和固体。

热能

一个物体的原子或分子的运动所产生的能量叫做热能。热能与物质的温度成正比。热能是粒子平均动能的量度,因而负责粒子的运动。粒子的这种运动称为热运动。

分子间力与热相互作用

物质的三种状态是分子间力和分子热能平衡的结果。分子间相互作用在气体中最小,在固体中最高。热能在固体中最小,在气体中最高。当分子间的相互作用非常弱时,除非降低温度以减少热能,否则分子不会粘在一起形成液体或固体。


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