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-分子间作用力 > Video
同学们好
这一节我们将继续讨论
分子间的作用力
在上一节当中
我们讨论了
分子的极性与分子的
偶极矩之间的关系
也讨论了分子的键性
和分子的空间构型
来共同影响
分子的极性的
许多的实际的例子
那么这一节
我们将继续上一节
讨论的思路
来学习分子间作用力的产生
与分子极性之间的关系
首先
分子在外电场作用下
会产生相应的
尺寸和外形的变化
这一点已经是大家
所知道的共识
但是
极性分子和非极性分子
它们在外电场作用下
是不是会产生同样的
变形行为呢
那么从这张图当中
我们可以了解
对于带有明显极性的
这样一个分子
当它处在外电场的作用下
首先它会产生
沿外电场方向的
这样一个取向的排列
这个取向也就是
分子的带正电性的一端
会朝向电场的负极
带负电性的一端
会朝向正电场的正极
有关这一点物理学知识
可以帮我们做
很好的解释
而对于正负电荷中心
相互重合的
非极性分子而言
由于正负电荷中心
相互之间重合
我们的偶极矩等于零
所以
它对外并不显示电性
但当这样不显示电性的
非极性分子
处于外电场作用情况下
这时候它的变形的特性
和刚才我们极性分子的
变形的特性有些类似
由于在分子当中
处在原子核外
电子的运动过程当中
电子带有负电性
那么带有负电性的
运动的电子
就会受到我们的
外电场的作用
而影响其运动的方式
这时候
外电场的强度
会影响我们分子当中的
正负电荷中心的
移动的方向
像极性分子一样
我们的非极性分子当中的
正电荷的中心
会向电场的负极方移动
而相应的
负电核中心
会向电场的正极方移动
这样移动的结果
就使原来非极性的分子
变成了极性的分子
原来重合的
正负电荷中心呢
产生了分离
这种非极性分子
在外电场作用下
而形成的极化现象
称为诱导极化
而产生的偶极矩
被称为诱导偶极矩
在外电场作用下
产生偶极矩
我们称为诱导偶极矩
那么诱导偶极矩
又有什么样的
物理参量相关呢
通过研究
人们发现
诱导偶极矩实际上
是与分子的极化率
和外电场之间
有直接的关系
而分子的极化率
是衡量分子变形性大小的
一个重要的物理参数
在分子当中
如果电子数越多
电子云就越弥散
电子云的变形能力
就会越强
这时候
分子的极化率就会越大
也像我们的
固有偶极矩一样
诱导偶极矩
也是一个矢量
它也是从正电荷的中心
指向负电荷的中心
诱导偶极矩产生的
另一个重要的条件
就是我们的外电场
外电场越大
诱导偶极矩就会越强
这也是我们大家
从以往的知识当中
很容易联想的
一个基本的概念
诱导偶极矩
不仅是在外电场作用下
非极性分子发生极化时
所产生的唯一现象
同时极性分子
在外电场作用下
也会产生诱导极化
从而产生诱导偶极矩
从刚才的极性分子的
取向过程
我们可以了解到
极性分子
在外电场的作用下
首先是产生取向化的变化
那么通过取向以后
正电荷中心的一端
会靠近外电场的负极
负电荷中心的一端
会靠近电场的正极
但是这样的过程
并没有结束
因为外电场的存在
会影响原来极性分子当中
正电荷中心
和负电荷中心的
相对的位置
如果它们处在
这样一个方向上
那么就会使得
正负电荷中心
受到相应的拉力
而使得
正负电荷中心之间的
距离加大
这时候就相当于
在原有的偶极矩的基础上
又附加了一个新的偶极矩
这个偶极矩就和刚才
非极性分子
在外电场作用下
所形成的诱导偶极矩
有相似的过程
在这个时候极性分子
在外电场作用下
它不仅产生了诱导偶极矩
而且还有极性分子
原本所具有的
固有偶极矩
所以极性分子
在外电场的作用下
就会形成
由两部分偶极矩构成的
新的偶极矩
所以
不仅是非极性分子
在外电场作用下
会诱导出偶极矩
极性分子也同样会
诱导出偶极矩
这是同学们在后续讨论
分子之间相互影响的时候
一定要注意极性分子
和非极性分子
它们在诱导偶极矩
形成的过程当中
具有完全相似的过程
但是呢
当外电场作用消除以后
它们两者之间
所产生的作用机理
又会有什么样的相同
和不同之处呢
我们从这张表上
可以比较清楚地来分析
相应的结果
比如说
我们的非极性分子
由于外电场的作用
所产生的
正负电荷中心的分离
所导致的诱导极化
主要与我们的
分子的极化率相关
与外电场的强度相关
当外电场消失的时候
诱导极化率就会随之消失
而对于极性分子而言
由于极性分子内部
就存在着
正负电荷中心分离的
这样一个偶极矩
当处在外电场作用的时候
通过取向
分子的极化被强化
也就是说
正负电荷中心的分离程度
进一步地得到了增强
这时候
极性分子
在外电场作用下
具有了固有偶极矩
和附加的诱导偶极矩
同样
对于极性分子而言
当外电场消失的时候
我们的固有偶极矩
得以保留
而由外电场诱导的
诱导偶极矩
却会像非极性分子一样
随着外电场的撤消
而一并消失
这也就是
非极性分子和极性分子
它们的极性和极化率
随着外电场的响应
而变化规律的
相似性所在
理解这一点对于我们后续
了解分子间作用力当中
极性分子
和非极性分子之间的
相互作用
以及非极性分子
受外场作用而产生的
分子间作用力的不同
会有很好的帮助
同学们
把这张表的相关内容
不妨多看一看
加深我们对这个问题的理解
除了极性和非极性分子
它们所相关的固有偶极矩
和诱导偶极矩以外
对于两类分子
由于它分子结构内部
原子核和电子之间的
相对位置
处在不停的变化过程当中
这时候
由于核外电子的运动
和分子内各几何要素
随时间变化
而空间位置的变化
会导致分子形态
随时间的变化
这种变化
往往造成的结果就是
正负电荷中心的
瞬间分离
这种分离
所造成的极化现象
我们叫瞬时极化
所带来的偶极矩呢
我们叫瞬时偶极矩
瞬时偶极矩
虽然强度较弱
但是由于瞬时偶极矩
是存在于极性分子和
非极性分子当中的
一种普遍的现象
同时它的出现
与外界是否有电场作用无关
因此
关于这部分知识呢
对于我们后续
研究分子间的作用力
会更有帮助
了解了偶极矩产生的
微观机制以后
我们就以偶极矩为基础
来了解不同的偶极之间的
相互作用
所导致的分子间
作用力机制的不同
首先
我们来看极性分子
它们的固有偶极之间的
相互作用
而产生的静电作用力
我们称为取向力
这种取向力
就像极性分子
在外电场的作用下一样
首先要产生它们相互之间的
几何位向的排列的一致性
这种一致性
就像我们在电场当中
正电荷中心
偏向于电场的负极
而负电荷中心
偏向于电场的正极一样
两个极性分子
相互靠近的时候
它们的异号端会相互靠近
同号端会相互远离
这样相互靠近的异号端
就会形成静电作用
而形成分子之间的取向
和相互的作用力
这样的取向
和作用力产生的机制
原因就在于静电之间的
异号相吸 同号相斥
取向力
是极性分子之间产生的
一种特殊的分子间作用力
同时
也是分子间作用力当中
强度最强的分子间
作用力之一
取向力的本质是静电作用
分子的偶极矩越大
取向力就会越高
虽然
人们研究分子间作用力
是从19世纪末开始的
但是
真正找到分子间作用力的
物理机制
建立起相关的物理模型
却是在20世纪初
才陆续地完成的
取向力也最终以荷兰科学家
Keesom的名字来命名
也被称为葛生力
当极性分子与非极性分子
充分接近的时候
这时候极性分子所带有的
固有的偶极矩就会充当
我们在前面讨论的
非极性分子
处于外电场作用下的
变形机制的外电场
极性分子的极性
会诱导非极性分子
所产生诱导偶极矩
这种诱导偶极矩
会和我们的
已有的极性分子的
偶极矩之间发生
类似于我们取向力当中的
相互作用
这种静电的作用呢
就形成了一种新的
分子间作用力的形式
固有偶极矩与
诱导偶极矩之间
产生的作用力称为诱导力
像葛生力一样
诱导力是以荷兰科学家
德拜的名字来命名的
诱导力的发现为人们
进一步地了解
极性分子和非极性分子
在更大范围内的
相互作用
奠定了一个良好的物理基础
我们前面谈到了
极性分子和非极性分子
在没有外电场作用情况下
也会由于自身的
电子和原子核之间的
运动状态的改变
而导致瞬时偶极的产生
这种瞬时偶极
是与外电场存在与否
无关的一种自然现象
所以
不管有没有极性分子的靠近
非极性分子
都会具有瞬时偶极
极性分子也是一样
这种瞬时偶极产生
就为分子与分子之间的
相互作用
为分子间作用力的产生
奠定了物理基础
所以一旦产生
瞬时偶极以后呢
分子和分子之间
就会产生一种新的作用
这种作用称为色散力
虽然瞬时偶极
存在的时间非常短
但是由于瞬时偶极
是在不断地重复
时时刻刻都在重现
所以色散力是始终存在的
色散力也以德国科学家
London名字来命名
所以它的作用强度要远低于
我们前面已经所了解的
诱导力和取向力
但是
由于它的存在范围更广
它的作用机制更为简单
所以色散力反而是
分子间作用力当中最常见
也是研究最多的
一种分子间的作用力
分子间作用力
是永久存在于
分子中的一种力
它是吸引力
但是与化学键相比
它的强度往往比化学键
要低两到三个数量级
由于分子间作用力
处在一种无规则的运动
以及分子的极性
它的取向和诱导的过程当中
所以与化学键相比
分子间的作用力
没有方向性和饱和性
这使它比化学键
变化更为丰富的
一个物理基础
与化学键相同
分子间的作用力
也只是在近距离范围内
才能产生的分子之间的
相互作用
如果当分子间的距离
过远的话
那么由于弱电场
所产生的静电作用
就会逐渐地消失
所以分子间的作用力
它的作用范围
一般都在pm
这样一个尺度范围内
分子间的作用力
虽然从强度上来讲
色散力是最弱的
取向力是最强的
但是从分子间
产生作用力的数量
和机会上来讲
它们的次序
却是恰恰是倒过来的
因为取向力只出现在
极性分子和极性分子
相互作用的这样的场合
诱导力是出现在极性分子
和非极性分子
相互作用的场合
而色散力则不分
极性和非极性分子
是所有的分子
它们在任何时间内
都会彼此之间存在的
一种相互的作用
虽然这种作用比较弱
但是由于它存在的时间
和存在的场合
都明显要优于取向力和诱导力
所以色散力
是人们研究分子间作用力的
主要对象
分子间作用力虽然比较弱
但是分子间作用力
却对物质的熔点 沸点
表面张力和稳定性等
这些重要的物理性能
都有着相关的影响
分子间作用力
也是人们了解物质形态
以及把握物质性能的
一个重要的手段
因此
了解分子间的作用力
了解它们产生的机制
以及它们彼此之间的
不同与联系
对于我们后续
把握物质间的相关作用
以及相关的物理性能的
变化规律
会非常有帮助
从这张图当中
我们跟大家总结了
对于极性分子来讲
它的相互作用会形成
静电作用的强相互作用
这时候所形成的
相互作用的力的名称
我们取名为
葛生力或取向力
这种分子间的相互作用
主要出现在
极性与极性分子之间
而对于我们的极性分子
与非极性分子之间相互作用
所产生的静电力
我们叫诱导力
也称为德拜力
这种作用主要出现在
极性与非极性分子之间
它们的作用强度
会比取向力要弱
但是由于非极性分子
受到极性分子的诱导
而产生的诱导偶极矩
与固有偶极矩之间的作用
会比我们的色散力要强
所以它仍然是
介于色散力与取向力之间的
一种中等强度的
分子间的作用力
与取向力和诱导力相比
色散力虽然没有
前两者强度那么高
但是由于色散力是存在
一切分子的
相互作用当中
所以研究色散力
仍然是分子间作用力研究的
主要的工作内容
有关分子间的作用力
与物质的相关性能之间的关系
同学们在后续的章节
学习过程当中
还要和我们一起
再分享新的不同的内容
了解了分子之间的
相互作用以后
我们可以看到
分子间的作用力
有取向力 诱导力和色散力
所以它们作用的强度不同
但是
它们会影响
由极性分子和非极性分子
通过分子间作用力
最后所形成的
我们的宏观物质的物理性质
比如说
像非极性分子的CO2
在一定温度下会凝结成
这样固态的干冰
固态的干冰是由非极性分子
通过这样一个
立方结构的堆垛
最后形成的一种
固体的形态
在分子和分子之间
属于完全的色散力的作用
前面我们讲了
色散力它的作用强度较弱
所以干冰在较低的温度下
就会产生
分子与分子之间的分离
而产生升华
所以干冰被用来
作为强效的制冷剂
以及在我们的特殊场合
做我们的艺术效果的
这样一种材料
发挥了它的重要作用
原因就在于它的固相当中
分子和分子之间是处在
色散力的这样一种
弱相互作用
同样由分子间作用力
所形成的宏观物质
还有我们的卤素当中的I
I和I之间
形成了强烈的共价键
这种共价键
是非极性的共价键
那么I2分子和I2分子之间呢
按照一定的空间结构
也可以组成
相应的分子晶体
与干冰相似
I2也是极易在较低的温度下
就产生升华的
一种固相的物质
原因就在于
这种强共价键分子
它们彼此之间的作用
主要以非极性共价键之间
所存在的色散力
为它们的主要作用类型
作用强度低
所以受外界环境的影响
就比较大
稳定性就来得弱
通过这样的讨论
我们就可以理解
分子间作用力与物质结构
以及物质的物理性能
之间的关系
有关这样的故事呢
在后续的章节当中
我们还可以
通过不同的内容
跟大家进行反复的讨论
和不断地深化
希望同学们继续关注
我们关于分子间作用力
与物质性质之间的
相互关系的有趣的话题
这一节
关于分子间的作用力
我们就讨论到这里
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-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
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-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
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-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
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-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）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-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
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-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
--Video
-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
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-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)
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-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）
--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（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）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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）
--Video
-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）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-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
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-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）
--Video
-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）
--Video
-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
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-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
--Video
-生命化学概论-生命有机化合物官能团
--Video
-生命化学概论-生命元素-碳
--Video
-生命化学概论-生命元素-氧
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