范德华力
范德华力是所有分子之间共有的作用力,个人认为,它有点类似于宏观物体的“万有引力”。
当然这是一种简单的理解,二者并不能等同。因为微观粒子之间,既有引力,也有斥力,我们要研究的应该是引力与斥力的合力(如图3),仅在分子间距
的增大,引力逐渐减弱。
图3 微粒间作用力随距离的变化
而由于分子间距
一般都比
大,所以我们常说“温度越高,分子间距离越大,分子间引力越小”。那么就不难理解热胀冷缩的原因了(随着温度的升高,分子间作用减弱,分子距离增大,物质体积增大,密度减小)。
2.氢键
之所以水在0~4℃时热缩冷涨,实际上是由于水分子之间形成了一种特殊的相互作用,即氢键。
(1)氢键的形成:
由于O的电负性很大,因此O-H键具有强极性,导致成键电子对强烈地偏向于O原子,而H原子则变成了一个“裸露的核”。也即
分子中,H原子因成键电子对的偏移具有很强的正电性,而O原子因孤电子对的存在和成键电子对的偏移具有很强的负电性(如图4)。
在水中,上述的
分子比比皆是,难免使一个水分子中呈正电性的H原子与另一个水分子中O原子上的孤电子对相互接触,并形成静电引力,这就是氢键。
图4 水分子中的正电中心(O)和负电中心(H)
(2)氢键的特征:氢键的两大特征是具有方向性和饱和性。
以
分子的氢键为例(如图5),由于氢键是①号水分子中的H与②号水分子中O原子的孤电子对形成的,因此,成键就具有方向性,这是H2O分子的结构导致的,上文提到,
中4个电子对(2个成键电子对和2个孤电子对)之间都存在着接近109.5°的角度,并在空间排布成四面体结构,那么①号水分子中的H想与②号水分子中的O形成氢键,就必须沿着②号水分子O上的孤电子对的方向去“碰撞”,这就是氢键的方向性。
图5 氢键的形成过程与氢键的方向性
正是由于氢键的方向性,当一个H原子形成了一个氢键以后,就无法再沿着其它方向与其它O原子形成氢键,这就是氢键的饱和性。
(3)
分子氢键的空间特点:
根据上述讨论,1个
分子最多沿4个不同方向形成4个氢键(其中2个是H原子与其它O原子形成的,还有2个是O原子上的孤电子对与其它H原子形成的),这4个氢键在空间形成了四面体的结构。
那么可以想