分子間作用力

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分子間作用力 (Intermolecular force)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級郭修甫

從微觀的分子世界來看,分子不斷的運動,但其彼此間存在著某些吸引或排斥的力量。由荷蘭物理學家約翰內斯•凡得瓦(Johannes van der Waals)所發現,因此又名凡得瓦力(Van der waals force)。

凡德瓦力(Van der waals force)有三種不同類型,依照分子的極性不同可分為:

1. 偶極-偶極力(dipole-dipole interaction)
2. 偶極-誘導偶極力(dipole-induced dipole interaction)
3. 倫敦分散力(London dispersion force)

偶極-偶極力(dipole-dipole interaction):

偶極-偶極力為極性分子與極性分子間的作用力,因極性分子的合偶極矩>0,會造成分子內的電荷分布不均而形成永久偶極產生正負端,由此正負端所形成的靜電作用力即為偶極-偶極力。

圖片來源:David W. Ball Introduction Chemistry Chapter 10

圖片來源:David W. Ball Introduction Chemistry Chapter 10

偶極-誘導偶極力(dipole-induced dipole interaction):

極性分子與非極性分子互相靠近時,極性分子的永久偶極所形成的正負電荷端會極化鄰近的非極性分子,使非極性分子產生臨時偶極也形成正負端,此兩個正負端之間的靜電吸引力即為偶極-誘導偶極力。

倫敦分散力(London dispersion force):

倫敦分散力又稱誘導偶極-誘導偶極力,由於電子不斷運動,一個分子會在某些時刻造成電荷分布不對稱而形成一個「瞬間」微弱的偶極矩,造成微弱的正負端而彼此互相吸引。倫敦分散力為一個臨時的吸引力,非常微弱,但卻是鈍氣依然能在低溫下液化的最大原因。所有分子之間無論是極性分子還是非極性分子都具有分散力的存在。分散力的強度與分子大小與形狀有關。

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圖片來源:http://www.tutorhelpdesk.com/homeworkhelp/Chemistry-/Classification-Of-Crystalline-Solids-Assignment-Help.html

 

綜合以上論述,決定凡德瓦力大小的因素為:

  1. 分子極性:分子量相近時,極性分子造成的有極矩較大,凡德瓦力較大。
  2. 分子大小:分子(分子量)越大所含的電子數越多,其凡德瓦引力越大。
  3. 分子形狀:分子形狀越不對稱,出現電子分布不均的機率較大,其凡德瓦力越大。

氫鍵(Hydrogen bond)

在某些特殊的分子中,存在著氫鍵,屬於一種永久偶極的分子間作用力。氫鍵發生在已經以共價鍵與其他原子鍵結的氫原子與另一原子之間(X-H…Y),通常氫鍵作用時氫原子兩邊的原子有較強的電負度(F、O、N),使其端帶部分負電荷,而氫端帶部分正電荷,帶有部分正電的氫能吸引鄰近電負度較大的F、O、N上的孤對電子而形成氫鍵。

氫鍵表示法:

圖片來源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm

圖片來源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm

 

其中, X屬於電負度大的原子(如F、O、N),Y必須具有未共用電子對。

氫鍵的特性:

  1. 氫鍵具有方向性。
  2. 分子間若能形成氫鍵者,其熔點、沸點會較高。
  3. 溶質與溶劑間易形成氫鍵者,溶解度較大(同類互溶)。
  4. 液體分子間若有氫鍵形成,則分子間作用力增大,其黏度較大。

 分子內氫鍵:

有些分子結構其原子排列恰巧適合使氫件發生在本身分子內部,則形成分子內氫鍵。通常發生在五邊形或六邊形的分子最適合,且盡量在同平面上。分子內的氫鍵可使分子更穩定地存在。

圖片來源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm

圖片來源:http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm


參考資料

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force
  2. http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-6.htm
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Intermolecular_force
  4. http://www.ch.ntu.edu.tw/~gcuni90/lifesci/bullte/interaction.htm
  5. http://www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/disperse.html
  6. http://content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number3/2/10-5.htm

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