象对市爱好阳光实验学校高一化学竞赛辅导 分子间作用力和氢键 一、分子间作用力
每个分子中正、负电荷总量相，整个分子是电中性的。但对每一种电荷量来说，都可设想一个集中点，称“电荷中心〞。在任何一个分子中都可以到一个正电荷中心和一个负电荷中心。
⑴极性分子：假设正电荷中心和负电荷中心不相互重合的分子叫极性分子。
⑵非极性分子：假设正电荷中心和负电荷中心相互重合的分子叫非极性分子。
⑶在简单双原子分子中，如果是两个相同的原子，由于电负性相同，两原子所形成的化学键为非极性键，这种分子是非极性分子。如果两个原子不相同，其电负性不，所形成的化学键为极性键，分子中正负电荷中心不重合，这种分子就为极性分子。 ⑷复杂的多原子分子来说，假设组成的原子相同〔如S8、P4〕，原子间的化学键一是非极性
键，这种分子是非极性分子〔O3除外，它有微弱的极性〕。如果组成的原子不相同〔如CH4、SO2、CO2〕，其分子的极性不仅取决于元素的电负性〔或键的极性〕，而且还决于分子的空间构型。如CO2是非极性分子，SO2是极性分子。
2、分子偶极矩〔μ〕：衡量分子极性的大小
⑴μ=q.d d为偶极长〔正负电重心之间的距离〕，d为正负电荷中心上的电荷量，
μ可用测，单位是库·米〔C·m〕。
⑵用：
① 假设某分子μ=O那么为非极性分子，μ≠0为极性分子。μ越大，极性越强，因此可用μ比拟分子极性的强弱。如μHCl ＝ 0×10－30 C·m，μH2O ＝ 4×10－30 C·m
②用μ验证或判断某些分子的几何构型。如NH3和BeCl3都是四原子分子。μNH3 ＝ 4×10－30 C·m，μ登州文会馆BeCl3 ＝ 0 C·m，说明NH3是极性分子为三角锥形，BeCl3为非极性分子为平面三角形的构型。
橡皮垫圈⑶诱导偶极和瞬间偶极
①诱导偶极：外电场影响下所产生的偶极
② 瞬间偶极： 在某一瞬间，分子的正电荷重心和负电荷重心会发生不重合现象，这时所产生的偶极
3. 分子间作用力 〔范德华力〕
化学键的结合能一般在 1.0 10 2 kJ · mol－1 数量级，而分子间力的能量只有几个 kJ · mol－1 。
⑴取向力：极性分子之间的永久偶极而产生的相互作用力。它仅存在于极性分子之间。
【注意】取向力的本质是静电作用。分子的极性越大，取向力越大；温度越高，取向力越小。
⑵诱导力：诱导偶极同极性分子的永久偶极间的作用力
极性分子作为电场，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产生诱导力。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。
【注意】诱导力的本质也是静电作用。一般来说，极性分子的极性越大，诱导力越大。分子的变形性越大，诱导力也越大。诱导力与温度无关。
⑶散力：由于存在“瞬间偶极〞而产生的相互作用力。
由于各种分子均有瞬间偶极，故散力存在于极性分和极性分子，极性分子和非极性分子及非极性分子和非极性分子之间 。
【注意】散力的大小与分子的变形性有关。分子变形性越大，散力就越大。
⑷分子间作用力的特点
①本质是一种电性作用力〔静电吸引〕，永远存在于分子之间。
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②力的作用很小。一般只有几—几十千焦每摩，比化学键键能小1-2个数量级。
③无方向性和饱和性。
④作用范围：是短程力，作用范围仅几百库·米，当分子间距离为分子本身直径的4~5倍时，作用力迅速减弱。
⑤对大多数分子，散力是主要的，一般相对大小，散力＞取向力＞＞诱导力。
⑸影响分子间作用力的因素：
①分子间距离，这是主要因素，距离增大，作用力迅速减弱。
②取向力还与温度和分子的极性强弱有关：温度升高，取向难，取向力减弱，分子偶极矩越大，取向力越强。
③诱导力还与极性分子极性强弱和非极性分子的变形性大小有关：极性分子偶极矩越大，非极性分子极化率越大，诱导力越强。
④散力主要与分子的变形性有关，即分子极化率越大，散力越强。
⑹分子间力对物质物理性质的影响： 主要影响熔、沸点、气化热、熔化热。
①液态物质分子间力越大，气化热越大，沸点越高。
②固态物质分子间力越大，熔化热越大，熔点越高。span80
③一般说：结构相似的同物质〔如X2〕相对分子质量越大，分子变形性也越大，分子间力越强，物质的熔、沸点就越高。
④相对分子质量相〔如H3中国禽病论坛网PO4、H2SO4〕或近似而体积大的有较大变形性熔、沸点相对较高。
⑤溶质或溶剂〔假设它们是同，如有机物中〕的极化率α越大，分子变形性和分子间的力越大，溶解度越大。
⑥分子极性小的〔如聚乙烯、聚异丁烯〕分子间力小，硬度不大，含有极性基因的有机玻璃物，分子间力较大，具有一的硬度。
二、氢键
在HX熔、沸点变化出现反常，这是因除分子间力外，还有氢键。
1、氢键的形成
氢键的生成，主要是由偶极与偶极之间的静电吸引作用。当氢原子与电负性甚强的原子(如A)结合时，因极化效，其键间的电荷分布不均，氢原子变成近乎氢正离子状态。此时再与另一电负性甚强的原子(如B)相遇时，即发生静电吸引。因此结合可视为以H离子为桥梁而形成的，故称为氢键。
⑴氢键的表示：A─H---B
其中A、B是氧、氮或氟电负性大且原子半径比拟小的原子。
生成氢键时，给出氢原子的A—H基叫做氢给予基，与氢原子配位的电负性较大的原子B或
基叫氢接受基，具有氢给予基的分子叫氢给予体。把氢键看作是由B给出电子向H配对，电子给予体B是氢接受体，电子接受体A─H是氢给予体。
⑵强度用键能表示
⑶键能：指A─H---B分解成A-H和B-H所需的能量。
一般 在42kJ·mol-1以下，比共价键键能小很多，而与分子间力更接近。例如H2O中， =463 kJ·mol-1，而氢键键能仅为13 kJ·mol-1。
⑷键长：指A原子中心到B原子中心的距离
氢键的形成，既可以是一个分子在其分子内形成，也可以是两个或多个分子在其分子间形成。例如:水扬醛和2—甲基—2—芳氧基丙酸分别在其分子内形成了氢键，而氟化氢和甲醇
那么是在其分子之间形成氢键。
氢键并不限于在同类分子之间形成．不同类分子之间亦可形成氢键，如醇、醚、酮、胺相混时，都能生成类似O一H…O状的氢键。例如，醇与胺相混合即形成以下形式的氢键：
一般认为，在氢键A—H…B中，A—H键根本上是共价 键，而H…B键那么是一种较弱的有方向性的范德华引力。因为原子A的电负性较大，所以A—H的偶极距比拟大，使氢原子带有正电荷，而氢原于又没有内层电子，同时原子半径(约30pm)又很小，因而可以允许另一个带有负电何的原子B来充分接近它，从而产生强烈的静电吸引作用，形成氢键。
2、氢键的特点
⑴氢键的饱和性
由于氢原子特别小而原子A和B比拟大，所以A—H中的氢原子只能和一个B原子结合形成氢键。同时由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子B′就难于再接近氢原子。这就是氢键的饱和性。
⑵氢键的方向性
氢键具有方向性那么是由于偶极矩A—H与原于B的相互作用，只有当A—H…B在同一条直线上时最强，同时原子B一般含有未共用电子对，在可能范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子B中负电荷分布最多的最接近氢原子，这样形成的氢键最稳。
⑶影响氢键的因素
①氢键的强弱与原子A与B的电负性大小有关，A、B的电负性越大，那么氢键越强；
②与原子B的半径大小有关，即原子B的半径越小别越容易接近H—A中的氢原子，因此氢键越强，
例如，氟原子的电负性最大而半径很小，所以氢键中的F—H…F是最强的氢键。在F—H、O—H、N—H、C—H中，形成氢键的能力随着与氢原子相结合的原子的电负性的降低而递降。碳原子的电负性很小，C—H一般不能形成氢键，但在H—C≡N或HCCl3中，由于氮原子和氯原子的影响，使碳原子的电负性增大，这时也可以形成氢链。例如HCN的分子之间可以生成氢键，和丙酮之间也能生成氢键：
3、分子间氢键和分子内氢键
⑴分子间氢键
一个分子的A—H基与另一个分子的原子B结合而成的氢键称为分子间氢键。分子间氢键按形成氢键的分子是否相同，又分为相同分子间氢键和不同分子间氢键两类。
①相同分子间氢键
相同分子间氢键又可分为二聚分子中的氢键和多聚分子中的氢键两类。这里所说的二聚分子间的氢键，是指两个相同分子通过氢键形成二聚体分子中的氢键；而多聚分子中的氢键，是指多个相同分子通过氢键结合而成的分子中的氢键。
二聚分子中的氢键以二聚甲酸(COOH)2，中的氢键最典型。它是由一分子甲酸中的羟基氢原子和另一分子羧基中羰基氧原子彼此结合而成的环状结构。
由于二聚体没有可供再缔台的氢原子，所以不能形成三聚体分子。一般如CH3COOH、C6H5COOH都能借氢键结合成二聚分子(RCOOH)2
相同分子通过氢键形成的多聚分子，其结构又有链状结构、环状结构、层状结构和立体结构之分。其中链状结构以团体氟化氢比拟典型。其结构式为：
多聚分子中氢键的立体结构的典型例子是冰，如图1—3所示。在冰中，H 2O分子间相互作用能为51．04kJ/mol，其中四分之一可归结于范德华引力，余下的37．64kJ是破坏氢键所需要的能量，所以冰中氢键。一H…O的健能是每摩尔镁18．8kJ。
冰的晶体结构：(小球代表氢原子,大球代表氧原子,实线代表H—O键，虚线代表氢键)
②不同分子间氢键
在许多化合物中，不同分子之间也能形成氢键。例如，苯甲酸和丙酮可以形成分子间氢键。草酸二水合物是草酸两个羟基中的氢原子分别与两个水分子的氧原子之间通过氢键形成的晶体。乌龙学院
不同分子之间的氢键在溶液中广泛存在，例如：乙醇水溶液中，乙醇和水分产通过氢键缔合在一起。
氢键在生物分子中也广泛存在，这些氢键的存在对生物体的生存起着重要作用。蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连而成的高分子物质。这些肤键都是很强的共价键，键能较大，但是蛋白质的主链和侧链连有许多的亚氨基( )、碳基 和羟基，这些极性基因可形成次级键(主要是氢键)，使蛋白质形成一的构象。氢键键能虽小，但在蛋白质中它们为数很多，对蛋白质的空间结构起着重要作用。1951年Pauling提出著名的α—螺旋体。他认为蛋白质肽链象螺旋—样盘曲，位于主链和侧链的亚氨基、羰基、羧基在螺旋体内形成许多氢键。
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