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分子间作用力

即使分子形成化学键的能力已得到满足,它们仍能凝聚在一起。这些存在的证据不足分子间力就是气体可以液化,那普通吗液体存在并且需要相当大的能量来蒸发到a气体独立分子,那么多分子化合物发生在固体.弱分子间作用力在气体性质中的作用是由那位荷兰科学家首先从理论上证实的约翰内斯·范德华斯,而术语范德华力是分子间作用力的同义词。在一定条件下,弱结合的分子簇(如分子簇)原子氯化氢分子)可以存在;这种紧密结合的分子被称为范德华分子。

分子间作用力有很多种;的排斥并讨论了四种不同类型的引力。一般情况下,相互作用的能量随距离的变化而变化,如图所示图16.引力在两个分子接触的距离上起主导作用,然后强排斥力起作用势能两个分子的能量突然上升。图中分子间势能曲线的形状与图中分子势能曲线的形状相似图10.然而,前者的最小值要浅得多,这表明分子之间的力通常比分子内化学键的力弱得多。

斥力

分子间势的排斥部分本质上是a表现的重叠结合这两个物种的功能泡利不相容原理.它反映了不可能电子同样的自旋占据:占据相同的空间区域更严格地说,能量的急剧上升可以用两个的行为来说明原子及其具有构型1σ的性质22见上图图13).在所有分离状态下,上层能量轨道的反键效应均大于1σ轨道的成键效应,且前者能量的上升快于后者能量的下降。因此,随着核间分离的减少,总能量急剧上升。所有的闭壳物种出于同样的原因表现出类似的行为。

偶极-偶极相互作用

这里讨论的四种键相互作用中的第一种是键极性分子间的偶极-偶极相互作用。人们会回忆起一个极分子有一个电偶极子时刻由于其上存在部分电荷原子.相反的部分电荷相互吸引,如果两个极性分子的方向是使分子上相反的部分电荷比相同的电荷靠得更近,那么两个分子之间就会有净吸引。这种类型的分子间力有助于冷凝氯化氢到一个液体在低温度.偶极-偶极相互作用也有助于弱相互作用在气体分子之间,因为,虽然分子旋转,他们倾向于停留在相对的方向,其中他们有低能量,即相互方向与相反的部分电荷接近。

Dipole-induced-dipole交互

第二种吸引人的互动偶极-诱导-偶极相互作用,也取决于极性分子的存在。第二个参与的分子不一定是极性的;但是,如果它是极性的,那么这种相互作用增强了上面描述的偶极子-偶极子相互作用。在偶极子-诱导-偶极子相互作用中,极性分子的部分电荷的存在引起了一个极化或者说是另一个分子的电子分布的扭曲。由于这种扭曲,第二个分子获得部分正、负区域负责,从而变成极性。这样形成的部分电荷的行为就像永久极性分子的电荷一样,并与最初诱导它们的极性分子中的对应电荷相互作用。因此,这两个分子结合在一起。这种相互作用也有助于导致氯化氢气体凝结的分子间作用力。

分散交互

第三种相互作用作用于所有类型的分子,极性的或非极性的。它也比迄今为止讨论的两种吸引相互作用强一些,是导致某些分子物质冷凝相存在的主要力,如,其他碳氢化合物,以及固体元素(由四面体P4分子)和(由冠状的S8分子)。这种相互作用被称为色散相互作用,或者,不太常见但更有启发性的,诱导偶极子-诱导偶极子相互作用。考虑两个相邻的非极性分子。虽然两个分子上都没有永久的部分电荷,但是电子密度可以认为是不断波动的。由于这些波动,在其中一个分子中产生了部分电荷相等和相反的区域,并产生了a瞬时偶极子。这瞬态偶极子可以在邻近分子中诱导偶极子,然后与原来的瞬态偶极子相互作用。尽管后者不断地从一个方向闪烁到另一个方向(总体平均为零偶极子),但它仍然存在诱导偶极紧随其后,两个相关偶极相互作用并凝聚。