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tainlangxing木虫 (小有名气)
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【求助】分子间作用力论著和匈牙利的物理学家富弗斯的实验
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谁有关于分子间作用力的详细论著和匈牙利的物理学家富弗斯关于第五种力的实验详细资料~~非常感谢。 |
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liubing041
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tainlangxing(金币+1,VIP+0):这个太简略了，没有更深层次比如色散力公式及推导等 8-21 12:40
tainlangxing(金币+4,VIP+0):谢谢~~ 12-4 15:03
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tainlangxing(金币+4,VIP+0):谢谢~~ 12-4 15:03
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详细见http://d.namipan.com/d/240edde42 ... a492bab2f7f00460500 化学键是决定分子化学性质的主要因素，但影响物质性质的因素，除化学键外还有分子与分子之间的一些较弱的作用力。在温度足够低时，许多气体能凝聚为液体、甚至固体，说明在分子与分子之间确实存在着一种相互吸引作用。荷兰物理学家范德华（van der Waals）在1873年就发现并研究了这种作用力。这种作用力一般是属于电学性质范畴的，大小约在几~几十kJ•mol-1，其产生与分子的极化有关，是影响物质物理性质的重要因素。对分子间作用力本质的认识是随着量子力学的出现而逐步深入的。 2.1 分子的极性 1．键的极性 共价键有极性共价键和非极性共价键之分。在共价键中，若成键两原子的电负性差值等于0，这种键称为非极性共价键；若成键两原子的电负性差值不等于0，这种键称为极性共价键。在极性共价键中，共用电子对偏向电负性大的原子，产生偶极。电负性差值越大，键的极性也就越大。为了表示键的极性，可以在相关原子符号上方以δ+、δ- 表示构成极性共价键的原子的带电情况，如Hδ+—Fδ-。离子键可以看成是一个极端，而非极性共价键则是另一个极端。 2．分子的极性 共价分子有极性分子和非极性分子之分。一种分子的正电荷部分（原子核）和负电荷部分（电子）的重心重合时，整个分子不显极性，称为非极性分子（nopolar molecule）；反之，分子便会显出极性，称为极性分子（polar molecule）。极性分子本身存在的正、负极（正负电荷重心）称为固有偶极或永久偶极（permanent dipole）。 分子的极性与键的极性有关。 如果组成分子的键是非极性键，则该分子一定为非极性分子，如H2、N2分子。 如果组成分子的键有极性，对双原子分子来说，必定为极性分子，如HCl、HBr等分子。对多原子分子来说，是否有极性不仅取决于组成分子的元素的电负性，而且也与分子的空间构型有关。CO2、BF3等分子中，虽然都有极性键，但由于CO2为直线形，BF3为平面三角形构型，键的极性互相抵消，因此它们均为非极性分子。而H2S分子为V形构型，NH3分子为三角锥形构型，键的极性不能互相抵消，故它们均为极性分子。 必须指出，分子的极性和键的极性并不完全一致。共价键是否有极性，取决于相邻原子的共用电子对是否有偏移；而分子是否有极性，则取决于整个分子的正、负电荷重心是否重合，它与键的极性以及整个分子的空间构型有关。 分子的极性大小常用偶极矩μ（dipole moment）来衡量。距离为d、电量为±q的二个基本点电荷所构成的一个电偶极子，其偶极矩μ = q•d。偶极矩是一个矢量，其方向规定从正电荷指向负电荷。分子的偶极矩μ可以用实验方法加以测定（见表2.6），单位为C•m。μ值既可以说明分子极性的强弱，也提供了判断分子空间构型的信息。例如，实验测得CS2分子的μ = 0，可以判断CS2为非极性分子，其空间构型应是直线型。μ越大，分子的极性越强。因此可以根据偶极矩μ的大小比较分子极性的相对强弱。 表2.6 部分分子的偶极矩μ和分子的空间构型 分 子 μ /10-30C•m 空间构型 分 子 μ /10-30C•m 空间构型 双原子分子 HCl 3.43 直线形 三原子分子 H2S 3.66 V字形 HBr 2.63 直线形 CO2 0 直线形 HI 1.27 直线形 CS2 0 直线形 CO 0.40 直线形 四原子分子 NH3 4.90 三角锥形 H2 0 直线形 BF3 0 平面三角形 三原子分子 HCN 6.99 直线形 五原子分子 CHCl3 3.37 四面体形 H2O 6.16 V字形 CH4 0 正四面体形 SO2 5.33 V字形 CCl4 0 正四面体形 3．分子的极化 分子在外电场作用下，分子中的原子核和电子会产生相对位移，正负电荷重心的位置发生改变，分子发生了变形，分子的极性增大，这种过程称为分子的极化。 非极性分子内原来重合的正负电荷重心在外电场的作用下会彼此分离，分子出现了偶极（图9.16）。这种在外电场的诱导下产生的偶极，称为诱导偶极（induction dipole）。这一过程也称为分子的变形极化。分子中因电子云与核发生相对位移而使分子外形发生变化的性质就称为分子的变形性，也称为极化度。当外电场消失时，诱导产生的偶极也就随之消失，分子恢复为原状。 极性分子本身就具有固有偶极，当极性分子被置于外电场中时，所有分子的偶极会按照电场的方向定向排列，这一过程称为取向，亦称为分子的定向极化。同时在外电场的作用下，极性分子也会因变形而产生诱导偶极。分子此时所呈现的极性，是由极性分子本身的固有偶极和由外电场诱发的诱导偶级所组成的（图9.17）。 图2.17极性分子在外电场中的取向和变形极化 分子被极化的程度，可用分子极化率表示。极化率表示在单位电场作用下，分子被极化的程度或变形性的大小（见表9.7）。极化率越大，表示该分子的变形性越大。分子越大，分子变形的可能性越大。外电场越强，分子的变形程度越大。故稀有气体从He到Xe，卤化氢从HCl到HI，分子的变形性增大。 分子的取向极化和变形不仅能在外电场的作用下发生，而且在相邻分子间也可以发生。由于极性分子本身就存在着正、负极，因此极性分子与极性分子，极性分子与非极性分子相邻时，同样也会发生极化作用。这种极化作用对分子间力的产生有重要影响。 表2.7 部分分子的极化率α 分 子 α/10-30m3 分 子 α/10-30m3 分子 α/10-30m3 分子 α/10-30m3 He 0.203 H2 0.81 HCl 2.56 CO 1.93 Ne 0.392 O2 1.55 HBr 3.49 CO2 2.59 Ar 1.63 N2 1.72 HI 5.20 NH3 2.34 Kr 2.46 Cl2 4.50 H2O 1.59 CH4 2.60 Xe 4.01 Br2 6.43 H2S 3.64 C2H6 4.50 2.2 分子间作用力 任何分子都有变形的可能，所以分子的极化和变形是分子间产生吸引作用的根本原因。分子间力有三种类型。 1．色散力 室温下碘、萘是固体，苯是液体；在低温下，Cl2、N2、O2以及稀有气体也能液化，表明非极性分子之间存在相互作用力。任何一个分子，由于电子的运动和核的振动，会出现电子和核的瞬间相对位移，引起分子中正负电荷重心分离，产生瞬时偶极（instantanons dipole）。 当两个非极性分子相互靠近时，这种瞬时偶极也会诱使邻近的非极性分子产生瞬时诱导偏极，相邻分子会在瞬时产生异极相邻的状态（图2.18），分子间因此而产生了吸引力。由于从量子力学导出的这种力的理论公式与光色散公式相似，因此把这种力称为色散力（dispersion force），其实二者并无联系。虽然瞬时偶极仅在瞬时出现，存在时间极短，但由于分子处于不断运动之中，因此不断地重复产生瞬时偶极，故分子之间始终存在着这种色散力。 分子间色散力的大小与分子的变形性有关，一般来说，分子越大，其变形性越大，分子间的色散力越大。必须指出，色散力是存在于一切分子之间的作用力。 2．诱导力 当极性分子和非极性分子相互靠近时，二者间也存在色散力。同时，极性分子的固有偶极会使非极性分子变形而产生诱导偶极，极性分子的固有偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生了吸引力，这种吸引力称为诱导力（induced force）（图2.19）。诱导力使非极性分子产生了偶极，也使极性分子的极性增强。 图2.20 极性分子相互作用示意图 极性分子的偶极矩越大，非极性分子的变形性越大，分子间产生的诱导力就越大。诱导力也会出现在离子和离子、离子和分子之间。 3．取向力 两个极性分子互相靠近时，分子间不仅存在色散力和诱导力，而且由于极性分子固有偶极的作用，产生同极相斥，异极相吸，使极性分子在空间转向成为异极相邻的状态，以静电引力互相吸引。这种由极性分子在空间取向形成的作用力，称为取向力（orientatinon forece）（图9.20）。 取向力只存在于极性分子之间，其大小取决于极性分子固有偶极的大小。 4．分子间力的特征及其对物性的影响 分子间力的特征： ⑴ 是永远存在于分子之间的一种作用力，其本质是一种静电力。 ⑵ 是一种吸引力。作用能量一般在几～几十kJ•mol-1，比化学键小1～2个数量级。 ⑶ 是一种短程力，作用范围约500pm以内。没有方向性和饱和性。如只要空间许可，气体凝聚时总是吸引尽可能多的其他分子于其正负两极周围。 ⑷ 大多数分子间的作用力以色散力为主。只有极性很大的分子，取向力才占较大的比重。 分子间力对物质的物理性质，包括熔点、沸点、熔化热、气化热、溶解度和粘度等都有较大的影响。例如，F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点随相对分子质量的增加而升高，这是因为色散力随分子相对质量增大（即分子体积增大）而增强的缘故。 分子间力也可以说明物质相互溶解情况。例如，极性分子NH3和H2O之间，存在着较强的取向力，所以可以很好互溶。而CCl4是非极性分子，非极性的CCl4分子之间的吸引力以及极性的H2O分子之间的吸引力均大于CCl4和H2O分子之间的吸引力，所以CCl4不溶于H2O。I2和CCl4都是非极性分子，I2与CCl4之间的色散力较大，因此I2易溶于CCl4。 图2.21给出了ⅣA～ⅦA同族元素氢化物熔点、沸点的递变情况。图中除 F、O、N外，其余氢化物熔点、沸点的变化趋势可以用分子间作用力的大小很好加以解释。 图2.21 ⅣA～ⅦA同族元素氢化物熔点、沸点的递变情况 [ Last edited by liubing041 on 2009-8-20 at 18:13 ] |
2楼2009-08-20 18:11:39