当前课程知识点：大学化学 > 第四章 分子结构与化学键理论 > 4.6 分子间作用力-分子的极性 > Video
同学们好
这一节我们来学习
一个新的内容
分子间作用力
要了解这个话题
首先 我们要了解
分子的极性
关于分子的极性的研究
是最早由物理学家
范德瓦尔斯
在研究超临界现象当中的
气相分子与液相分子
之间的相互作用
而建立起来的物理模型
从那时候开始
人们关注到了
在不同的相的
结构状态当中
分子与分子之间的
相互作用
与分子本身的特性有关
这个特性
就是被后来人们
逐步了解的
分子的极性
在所有的分子当中
都会有一个正电荷中心
和一个负电荷中心
如果分子的
正负电荷中心是重合的
那么 分子呢就会表现出
非极性的特征
这时候的分子呢
也就是非极性分子
如果分子的正负电荷中心
不重合
这时候分子就会带有
相应的极性
而带有极性的分子呢
就是
我们所探讨的极性分子
描述分子极性的
一个重要的物理参数呢
是分子的偶极矩
在分子的内部
正电荷中心
称为分子的正极
而负电荷中心呢
称为分子的负极
正负极呢 称为分子的偶极
描述偶极的强度
或偶极的大小呢
我们称为偶极矩
在有的书上呢
也把偶极矩描述为键矩
关于偶极矩的研究
最早是由荷兰科学家
德拜
所提出来的
相关的研究的方法
在偶极矩的概念当中
德拜引入了
正负两个电荷中间的距离
以及我们的
正极和负极当中
所带的离子的电量
这两个参数是作为
描述分子极性以及
分子偶极矩的
重要的物理参数
在这样两个参数
它们相互之间的关系当中
我们的偶极矩
是从正极指向负极
因此
偶极矩带有方向性
我们通过偶极矩的
数学表达式
可以清晰地看到
在这样的一个偶极矩的
量度当中
我们的电极
所带的电荷的量
以及正负电荷中心
之间的距离
是决定偶极矩大小的关键
偶极矩的量纲呢是C·m
原子所带的电量
以及正负电荷之间的距离
也就是
我们所谓的键长
是决定偶极矩大小的
关键因素
分子的偶极矩与极性之间
具有着密切的关系
分子偶极矩呢
也称为分子的固有偶极矩
偶极矩越大
分子的极性就会越大
而对于正负电荷
中心相互重合的
这样的偶极矩为零的分子
通常也就是我们所说的
非极性分子
偶极矩的大小
除了我们刚才从数学模型上
可以进行这样的一个
物理的计算以外
我们研究偶极矩
与分子极性之间的关系
更多的要倚重于
我们在实验过程当中
所考察到的分子之间
相互作用的强弱
实验的结果
是确定分子极性与
非极性之间界限的
关键的证据
我们以双原子分子的极性
与它们的化学键之间的关系
来分析一下
分子的偶极矩
与分子极性之间的
内在联系
从这样的例子当中
我们可以看到
对于同核双原子分子F2来讲
双原子的F2分子
这当中两个原子核
它们所具有的电负性和
结构是完全相同的
因此 它们对于核外电子的
吸引能力
也是完全相同的
这时候在整个分子的
几何空间内
就没有形成我们的
正电荷中心和
负电荷中心的分离
因此
在双原子的F2分子当中
整体上
对外是不显示电性
也就是不显示极性的
分子的偶极矩呢
也就是零
如果我们同样还是F原子
但是与之相结合是
另外一个
电负性相差较大的H原子
这时候构成的
异核双原子分子
由于两个原子核
它们所处的原子序数不同
它们当中的
正电荷数量不同
它们的原子的电负性不同
因此 这时候
在我们的HF分子当中
就会出现
正负电荷中心的分离
如果我们用
蓝色一端代表
正电荷
它的相处的密集端
以红色一端代表
负电荷相处的密集端
我们就会发现
HF分子当中
靠近H的一端
呈正电性
靠近的F的一端呢
会呈现强烈的负电性
这时候双原子分子
就带有了明显的极性
也就意味着
HF分子的
偶极矩会不等于零
如果我们把这样的
异核双原子分子当中的H
换成电负性更小的Li
对于LiF分子来讲
我们看到
由于F和Li之间的
电负性差更大
这时候我们会发现
分子的变形变得越加严重
它的正电的一端
更加的突出
相应的负电的一端
也会得到强化
这也就意味着
正负离子之间的距离
会被拉长
分子的偶极矩就会加大
带来的是分子变形
强度增加
分子的极性呢
也就变得更强
所以双原子分子的极性
与化学键的极性
是一致的
这一点
从F的不同的化合物
变化过程当中
同学们就可以了解
其相关的规律
但是与双原子分子相比
多原子分子的极性
这时候就不仅仅
与化学键的极性有关
还与分子的空间构型有关
比如说
对于我们的CH4结构
在前边通过杂化轨道理论
我们已经知道了
CH4所处的这样一个
空间的构型
是由于中心原子
采用了sp3杂化
形成的109°28′的
这样一个
空间四面体的结构
如果我们从单一的
C-H形成的σ键结构来看
这当中由于C的电负性
要高于H的电负性
所以C-H键
肯定是一个极性键
而且我们从前边
HF的例子
就可以联想到
C的一端会呈现偏红色
也就是负电性的一端
而H的一端呢 会偏蓝色
也就是正电的一端
这是对于
单个的C-H键而言
但是如果我们观察
整个的CH4分子
它的空间109°28′的
这样一个四面体的结构
我们会发现
在这样一个
空间对称结构当中
每一个H都是我们的
正电荷的富集的地方
而当中的C呢
又是负电富集的地方
那么通过这样一个结构的
空间对称性的分布
使原本C-H之间的σ键
带有极性的这样一个特征呢
达到一个空间的均一化
也就是说
我们的C和H之间
形成的4个σ键
处于空间完全对称的位置
整个CH4分子对外
不显示电性
也就是
正负电荷中心得到了重合
我们的偶极矩
对于CH4分子来讲等于零
所以 多原子分子当中
极性的共价键
未必一定能够形成
极性的分子
当中就与这样的空间构型
有直接的关系
CH4就是解释这一问题的
最好的例子
此外
还有许许多多
类似这样的一些例子呢
同学们可以在课后
多加以了解和练习
如果分子中化学键为极性
空间不对称
这时候
表现出来的结果呢
就和CH4有所不同
比如说
H2O分子我们已经了解了
由于非等性的sp3杂化当中
O还有两个未成键的
孤对电子
这两对未成键的孤对电子
会对H-O键形成压缩
就使得原本应该处于
彼此之间
是109°28′的夹角呢
被压缩到了104°45′
同时
由于这种压缩
导致了H2O分子呈现
一个典型的
极性键的特征
从而使靠近O的这一端
带上了负电性
而靠近两个H的这一端呢
成为它们几何上的
正电中心
正负电荷中心的分离
最终的结果就是导致
分子对外表现出极性
而且呢
分子的偶极矩不等于零
也恰恰由于H2O分子
这样一种孤对电子压缩
而导致的109°28′
键角被压缩
而引起的H2O分子这样一个
极性共价键的特征
使H2O分子具有了
形成氢键的必要的条件
这也就是为什么我们可以讲
氢键是促使生命演化的
最基本的物质基础的
这样一个出发点
除了分子的空间构型与
化学键的键性
共同作用来影响
分子的极性以外
对于异核双原子分子来讲
大多数的这样的结构呢
都是具有极性的共价分子
比如说
像我们熟悉的
HCl、HF等等
此外呢
大部分的多原子分子
由于
它们不同的电负性
所造成的极性共价键和
空间的结构的对称性
造成了绝大部分的
异核多原子分子呢
都具有相应的极性
比如
像我们前面介绍的
由于孤对电子的存在
而使得N作为中心原子
所形成的
非等性的sp3杂化
最后导致了
N与H所形成的
σ键之间的键角
由原来的109°28′
压缩到了107°
这样的结构呢 就使得
N和H之间的极性分子的
极性键的特性
得到了延续
从而使得整个NH3分子呢
对外显示出了极性
也就是NH3分子的
它的偶极矩呢不等于零
如果分子中化学键是极性键
空间构型又是完全对称的
则正负电荷中心重合
就会形成非极性的分子
但这样的状况呢
不仅仅在CH4当中
有这样的特性
同时呢
在我们的
CO2分子当中
也表现出了
同样典型的特性
比如说
O和C之间
电负性明显的差异
会造成C-O键所处的
这样一个空间构型当中的
形成C和O
两个正负电荷中心
产生了分离
但是在我们相同的位置
也会产生我们的
C-O正负电荷中心的
另外一个分离的方向
整个分离的左和右
以C原子为中心
形成了一个线性的
对称结构
在这个结构当中
既有C和O之间
形成的σ键
也有C和O之间
形成的π键
C和O之间形成的
两个σ键和两个π键
呈线性的分子分布
原因是中心原子C采用了
sp杂化的这样一种
杂化类型
这种线性分布的分子
导致了
两侧的电荷分离以后
仍然保持了一个
空间完整的对称性
那么这样的一个结果就使得
CO2的分子结构
整体上
对外不显示电性
也就是说
整体上两个O和一个C
形成的分子的
正和负的电荷中心
是完全重合的
它的偶极矩
是等于零的
而对于同核双原子分子和
结构对称的异核的
多原子的分子来讲
当它们的空间结构
完全是对称的
这时候
由于它们的极性共价键
所形成的
正负电荷中心的分离呢
在空间上会得到均一化
这时候整个分子对外
仍然是不显示极性的
对于双原子分子来讲
像我们介绍的H2
Cl2和F2组成的
这样的双原子分子
它们都表现出了
非极性的特征
而CO2和CH4呢
刚才我们已经进行了
详细的讨论
在前边我们讨论过
sp2杂化的BF3的结构
是一个平面的
三角形结构
在这个结构当中
虽然F与B之间
是强烈的极性共价键
但是由于BF3
这样一个平面的
120°交角的
对称结构
使F和B之间
这样带有
强烈极性的共价键
它的极性在空间上
得到了均一化
这时候所获得的
整体的BF3的分子
对外不显示极性
也就是
BF3的分子的偶极矩
等于零
从这张表中
我们为大家总结了
分子的偶极矩与
分子构型之间的关系
这当中有
同核双原子分子
它们的偶极矩为零
也有虽然是异核多原子分子
但是 由于它们的空间构型
是完全对称的
所以它们的偶极矩
也可以是零
而对于大多数的
异核的多原子分子来讲
由于它们的电负性的差异和
空间对称性上面的特殊性
从而使得它们
把极性的共价键呢与
它们的极性的结构
实现了统一
这时候就出现了
像H2S、H2O、NH3
这样的极性的分子
以及像我们的
HI和O3、CO
这种弱极性的分子
分子的极性的强弱
不仅与分子的键性有关
还与分子的构成以及
分子的空间构型
有直接的关系
前面我们讨论过
分子偶极矩的大小
主要靠实验方法
来最后确定
实验的结果是讨论分子间
作用强度的
最直接的证据
关于这一点
同学们以后
在了解分子的极性
以及分子间相互作用的时候
千万不要忘了
我们这样的实验的数据
都是通过实验而得到的
而实验得到的这些数据呢
也可以帮我们在今后
研究和谈论这些问题的时候
提供最有力的条件
提供最有力的证据
有关分子的极性问题呢
这一节
我们就讨论到这里
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
