第四節(jié) 分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì),知道分子間作用力的廣泛存在及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)(如熔點(diǎn)、沸點(diǎn))的影響 理解氫鍵的形成條件、類(lèi)型、特點(diǎn)以及對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 了解分子間作用力，特別是氫鍵對(duì)于水的特殊性質(zhì)的影響作用，氫鍵存在對(duì)自然界和生命科學(xué)的重大意義。,1,2,3,將氣體液化或?qū)⒁后w變成氣體或固體時(shí)均需要能量，這說(shuō)明，組成氣體或液體或固體的分子之間存在著一種 _。,作用力,分子間作用力 (1)定義：分子之間存在的多種_統(tǒng)稱(chēng)分子間作用力。 (2)分類(lèi)：分子間作用力是一類(lèi)弱相互作用力，其中最常見(jiàn)的是_和_。 范德華力 (1)概念 范德華力是_之間普遍存在的相互作用力，它使得許多物質(zhì)能以一定的凝聚態(tài)(固態(tài)和液態(tài))存在。,1.,2,相互作用,范德華力,氫鍵,分子,(2)實(shí)質(zhì)：范德華力實(shí)質(zhì)也是一種_。 (3)強(qiáng)弱 范德華力約比化學(xué)鍵能小12個(gè)數(shù)量級(jí)。 分子的極性越大，范德華力越_。 結(jié)構(gòu)和組成相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越_。 (4)特征：范德華力沒(méi)有_。只要分子周?chē)臻g允許，總是盡可能多地吸引其他分子。 (5)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響,靜電作用,大,大,方向性和飽和性,一般來(lái)說(shuō)，組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)通常越高。如熔、沸點(diǎn)：I2Br2Cl2F2，RnXeKrArNeHe 對(duì)物質(zhì)溶解性的影響 如：在273 K、101 kPa時(shí)，氧氣在水中的溶解量(0.049 cm3·L1)比氮?dú)庠谒械娜芙饬?0.024 cm3·L1)大，就是因?yàn)镺2與水分子之間的作用力比N2與水分子之間的作用力大所導(dǎo)致的。 影響范德華力的因素 主要包括：分子的大小，分子的空間構(gòu)型以及分子中電荷分布是否均勻等。對(duì)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，其范德華力一般隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而_。,3,增大,氫鍵 氫鍵是存在于分子內(nèi)或_的由分子中已經(jīng)與電負(fù)性_的元素的原子形成共價(jià)鍵的_原子，與另一分子中電負(fù)性_的元素的原子之間形成的一種_作用力；它是除范德華力外的另一種_作用力(存在于分子內(nèi)的氫鍵不屬于分子間作用力)。氫鍵不屬于化學(xué)鍵，約為化學(xué)鍵的十分之幾，但比范德華力強(qiáng)。,1.,分子間,很大,很大,電性,分子間,氫,研究證明，氫鍵普遍存在于已經(jīng)與_等電負(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另外的_等電負(fù)性很大的原子之間。例如，不僅氟化氫分子之間以及氨分子之間存在氫鍵，而且它們跟水分子之間也存在氫鍵。 通常用XHY表示氫鍵，其中XH表示氫原子和_ 原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，與Y形成氫鍵。氫鍵的鍵長(zhǎng)是指X和Y的距離，氫鍵的鍵能是指XHY分解為XH和Y所需要的能量。,2形成條件,N、O、F,N、O、F,3表示形式,X,氫鍵的類(lèi)型：氫鍵可分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵。 氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 氫鍵不是化學(xué)鍵，它比化學(xué)鍵_，但比分子間作用力_，可以把氫鍵看做是比較強(qiáng)的分子間作用力。 (1)分子間形成的氫鍵會(huì)使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)_，這是因?yàn)楣腆w熔化或汽化時(shí)必須破壞分子間的氫鍵，從而需要_能量的緣故。 (2)氫鍵對(duì)物質(zhì)的溶解度、粘度、硬度等也都有影響。如酒精與水完全互溶，主要是由于酒精分子和水分子間形成氫鍵，彼此互相締合，因而加大溶解。甘油的粘度大就是因?yàn)槠浞肿娱g有氫鍵。水的硬度較一般分子晶體的大，就,4,5,弱得多,稍強(qiáng),升高,消耗較多,是水中有氫鍵結(jié)構(gòu)，氫鍵對(duì)物質(zhì)的酸性也有影響，例如當(dāng)苯甲酸羧基的鄰位上有兩個(gè)羥基時(shí)酸性最強(qiáng)，這是因?yàn)樯闪朔肿觾?nèi)氫鍵。氫鍵不僅影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，還影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(再如“HF”是弱酸，HCl是強(qiáng)酸就是因?yàn)镠F分子間形成氫鍵的原因)。 (3)互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)，能形成分子內(nèi)氫鍵的，其熔點(diǎn)與沸點(diǎn)較能形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)要低。,如何比較化學(xué)鍵和范德華力？ 提示 化學(xué)鍵與范德華力的比較,【慎思1】,氫鍵的特征。 提示 氫鍵的飽和性和方向性。 在“XHY所表示的氫鍵中，一個(gè)H原子只能與一個(gè)Y原子(O、N、F)結(jié)合，這就是氫鍵的飽和性。Y原子以負(fù)電荷分布得最多的部分(一般是孤對(duì)電子)接近H原子，并在可能范圍內(nèi)孤對(duì)電子軌道的對(duì)稱(chēng)軸盡量跟氫鍵方向一致，這樣成鍵能力最強(qiáng)，這就是氫鍵的方向性。例如水分子間的氫鍵，如下圖所示，一個(gè)水分子的OH鍵與另一個(gè)水分子中氧原子的孤對(duì)電子所在軌道的軸在一條直線(xiàn)上，每個(gè)水分子最多可與四個(gè)水分子形成四個(gè)氫鍵。,【慎思2】,水分子間的氫鍵示意圖,分子間作用力(即范德華力)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)有哪些影響？ 提示 分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多，它主要影響物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性等物理性質(zhì)，而化學(xué)鍵主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。 分子間作用力只存在于由分子構(gòu)成的物質(zhì)中，離子化合物、原子晶體、金屬晶體中不存在范德華力。 分子間作用力作用范圍很小，即分子充分接近時(shí)才有相互間的作用力。 范德華力是分子之間普遍存在的作用力，分子間作用力與化學(xué)鍵相比，是一種存在于分子之間的、較弱的相互作用。 分子間作用力的大小一般比化學(xué)鍵的鍵能小12個(gè)數(shù)量級(jí)，主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)。,【慎思3】,分子與分子之間存在著一種把分子聚集在一起的作用力叫分子間作用力，又叫范德華力。 范德華力的作用能通常比化學(xué)鍵能小得多，化學(xué)鍵的鍵能一般為100600 kJ·mol1，而范德華力的作用能一般只有220 kJ·mol1。 分子間作用力與化學(xué)鍵相比，是一種存在于分子之間的，較弱的相互作用。 分子間作用力的大小一般比化學(xué)鍵能小12個(gè)數(shù)量級(jí)，主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)。,1范德華力,影響范德華力的因素：分子大小、分子空間構(gòu)型及分子中電荷分布是否均勻等。 對(duì)組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，其范德華力一般隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。 范德華力是分子之間正電荷端與負(fù)電荷端的靜電吸引力，所以范德華力沒(méi)有方向性和飽和性，只要空間允許，當(dāng)分子凝聚時(shí)，每個(gè)分子總是在它正、負(fù)兩極周?chē)M可能多地吸引其他分子。,2,(1)范德華力主要影響物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)。范德華力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高。 (2)范德華力還可以影響物質(zhì)的溶解度。 由于范德華力比化學(xué)鍵弱得多，因此克服范德華力所需的能量不足以破壞化學(xué)鍵。例如，干冰的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，僅僅是二氧化碳分子之間的作用力改變了，其內(nèi)部的共價(jià)鍵依然不變。 特別提醒：要理解并運(yùn)用它們的區(qū)別分析化學(xué)鍵與范德華力對(duì)物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性等物理性質(zhì)和穩(wěn)定性等化學(xué)性質(zhì)的不同影響。,3范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,下列有關(guān)范德華力的敘述正確的是 ( )。 A范德華力的實(shí)質(zhì)也是一種電性作用，所以范德華力是 一種特殊化學(xué)鍵 B范德華力與化學(xué)鍵的區(qū)別是作用力的強(qiáng)弱不同 C任何分子間在任意情況下都會(huì)產(chǎn)生范德華力 D范德華力非常微弱，故破壞范德華力不需要消耗能量,【例1】,解析 范德華力是分子與分子之間的一種相互作用，其實(shí)質(zhì)與化學(xué)鍵類(lèi)似，也是一種電性作用，但兩者的區(qū)別是作用力的強(qiáng)弱不同，化學(xué)鍵必須是強(qiáng)烈的相互作用(100600 kJ·mol1)，范德華力只有 220 kJ·mol1，故范德華力不是化學(xué)鍵；雖然范德華力非常微弱，但破壞它時(shí)也要消耗能量；范德華力普遍存在于分子之間，但也必須滿(mǎn)足一定的距離要求，若分子間的距離足夠大，分子之間很難產(chǎn)生相互作用。 答案 B,區(qū)分化學(xué)鍵和范德華力有兩點(diǎn)：強(qiáng)弱不同如Ar、CO、HI、HCl、HBr范德華力分別為 (kJ·mol1)8.50、8.75、26.0、21.14、23.1，而CO、HI、HBr、HCl鍵能分別為(kJ·mol1)351、299、366、432。范德華力對(duì)物質(zhì)的穩(wěn)定性等化學(xué)性質(zhì)無(wú)影響，分子內(nèi)化學(xué)鍵的強(qiáng)弱與分子間范德華力大小幾乎無(wú)關(guān)。,在解釋下列物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律與物質(zhì)結(jié)構(gòu)間的因果關(guān)系時(shí)，與化學(xué)鍵的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)的變化規(guī)律是 ( )。 AHF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定依次減弱 B金剛石的硬度大于硅，其熔、沸點(diǎn)也高于硅 CNaF、NaCl、NaBr、NaI的熔點(diǎn)依次減小 DF2、Cl2、Br2、I2的熔、沸點(diǎn)逐漸升高 解析 A項(xiàng)：主要決定于HX的鍵能大小；B項(xiàng)：主要決定于“CC”鍵能和“SiSi”鍵能的差別；C項(xiàng)：主要決定于NaX中離子鍵的強(qiáng)弱。 答案 D,【體驗(yàn)1】,(1)氫鍵的定義：帶部分正電荷的氫原子和另一個(gè)分子中電負(fù)性很強(qiáng)的原子充分接近時(shí)，就產(chǎn)生靜電作用和一定程度的軌道重疊作用，這種作用叫氫鍵。,1什么是氫鍵,特別提醒：氫鍵是一種特殊的分子間作用力，其作用力大小介于化學(xué)鍵和范德華力之間。范德華力的作用力比較小。氫鍵和范德華力同屬于分子間作用力。 (2)氫鍵的分類(lèi) 分子間氫鍵；分子內(nèi)氫鍵。,氫鍵形成的條件 (1)要有一個(gè)與電負(fù)性很大的元素X形成強(qiáng)極性鍵的氫原子。 (2)要有一個(gè)電負(fù)性很大，含有孤電子對(duì)并帶有部分負(fù)電荷的原子Y。 (3)X和Y的原子半徑要小。這樣空間位阻較小。一般來(lái)說(shuō)能形成氫鍵的元素為N、O、F。 (1)氫鍵使物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)升高。分子間存在著氫鍵時(shí)，破壞分子間的氫鍵，消耗更多的能量，所以存在氫鍵的物質(zhì)具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。 例如：N、O、F族的氫化物的熔、沸點(diǎn)的反常現(xiàn)象。,2,3氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,(2)對(duì)物質(zhì)的溶解度的影響：氫鍵的存在使物質(zhì)的溶解度增大。 如NH3極易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子之間形成了氫鍵，彼此互相締合，因而加大溶解。 (3)對(duì)物質(zhì)的硬度和密度的影響。 如冰的硬度比一般固體共價(jià)化合物的硬度大，就是因?yàn)楸杏袣滏I的緣故。 特別提醒：由于分子間存在氫鍵，水的熔點(diǎn)比H2S的熔點(diǎn)高了很多。水的熔點(diǎn)提高有著非常重要的意義，它使得生命得以存在。也使得冰的密度小于水而存在于水面上，使水生生物能夠越過(guò)寒冷的冬季。氫鍵的存在導(dǎo)致了NH3、H2O、HF等與本族元素相比其氫化物熔沸點(diǎn)出現(xiàn)反常。,關(guān)于氫鍵的下列說(shuō)法中正確的是 ( )。 A每個(gè)水分子內(nèi)含有兩個(gè)氫鍵 B在水蒸氣、水和冰中都含有氫鍵 C分子間形成氫鍵能使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)升高 DHF的穩(wěn)定性很強(qiáng)，是因?yàn)槠浞肿娱g能形成氫鍵 解析 氫鍵屬于分子間作用力，它主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，與化學(xué)性質(zhì)如穩(wěn)定性等無(wú)關(guān)。水分子內(nèi)只有共價(jià)鍵而無(wú)氫鍵，A中說(shuō)法顯然不對(duì)，B中水蒸氣分子間距離太大，不能形成氫鍵，而D中穩(wěn)定性很強(qiáng)與氫鍵無(wú)關(guān)，正確選項(xiàng)是C項(xiàng)。 答案 C,【例2】,氫鍵的分類(lèi)。氫鍵分為分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵。氫鍵不僅存在于分子之間，有時(shí)也存在于分子內(nèi)部的原子團(tuán)之間。如鄰羥基苯甲醛分子內(nèi)可形成氫鍵，對(duì)羥基苯甲醛不可能形成分子內(nèi)氫鍵，只能在分子間形成氫鍵，如圖所示。,下列有關(guān)氫鍵的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 ( )。 A氫鍵是一種相對(duì)比較弱的化學(xué)鍵 B通常說(shuō)氫鍵是較強(qiáng)的分子間作用力 C氫鍵是由于氫原子與非金屬性極強(qiáng)的原子相互作用而 形成的 D分子間形成氫鍵會(huì)使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高 解析 氫鍵是一種較強(qiáng)的電性作用，屬于分子間作用力的范疇，它是由帶正電性的H原子與強(qiáng)極性的非金屬原子間發(fā)生相互作用而形成的，它對(duì)物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)和溶解度等物理性質(zhì)有明顯的影響。 答案 A,【體驗(yàn)2】,范德華力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等。 組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高，如熔沸點(diǎn)：O2N2，HIHBrHCl。 組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)，分子極性越大，其熔沸點(diǎn)就越高，如熔沸點(diǎn)CON2。在同分異構(gòu)體中，一般來(lái)說(shuō)，支鏈數(shù)越多，熔沸點(diǎn)越低，如沸點(diǎn)：正戊烷異戊烷新戊烷；同分異構(gòu)體的芳香烴及其衍生物，其熔沸點(diǎn)高低順序是鄰間對(duì)位化合物。,1,2,范德華力對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響,氨氣溶于水中，大部分NH3與H2O以氫鍵(用“”表示)結(jié)合形成NH3·H2O分子。根據(jù)氨水的性質(zhì)可推知NH3·H2O的結(jié)構(gòu)式為 ( )。,【案例1】,答案 B 氫鍵是一種特殊的分子間作用力，其作用力大小介于化學(xué)鍵和范德華力之間。范德華力的作用力比較小。氫鍵和范德華力同屬于分子間作用力。 分析氫鍵的存在對(duì)物質(zhì)各種性質(zhì)的影響可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：,對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響：汽化和液化需破壞大部分分子間氫鍵，需要較多的能量，從而推知對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響；分子內(nèi)形成氫鍵，對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響情況是不同的。 對(duì)物質(zhì)溶解度的影響：在極性溶劑中，若溶質(zhì)分子和溶劑分子間形成氫鍵，使溶質(zhì)的溶解度顯著變大；若溶液中的溶質(zhì)之間形成氫鍵，使溶質(zhì)的溶解度減小。 對(duì)溶液酸性的影響：若溶液中的溶質(zhì)之間形成氫鍵，溶液酸性減弱。,【案例2】,從形成氫鍵的角度分析寫(xiě)出H3O、H5O2、 H7O3、H9O4的結(jié)構(gòu)式。 解析 H與H2O中的O通過(guò)配位鍵形成H3O、H3O再通過(guò)氫鍵與一個(gè)或多個(gè)H2O結(jié)合成不同的離子。,