分子的电学性质磁学性质和分子间相互作用课件.ppt

1、第六章第六章 第六章第六章 分子的电学磁学性质分子的电学磁学性质 分子间作用力分子间作用力第一节第一节 分子的电学性质分子的电学性质偶极矩偶极矩极化率极化率偶极矩、极化率与分子结构的关系偶极矩、极化率与分子结构的关系分子的电学性质起因于电荷的静态分布分子的电学性质起因于电荷的静态分布 第六章第六章 分子的电学分子的电学 磁学性质磁学性质 分分 子间作用力子间作用力正负电正负电荷重心荷重心重合重合不重合不重合分子的分子的极性极性非极性非极性分子分子极极 性性分分 子子实实 例例 H2OO3,HClO2,CH一、偶极矩一、偶极矩 H H2O：O H=qr单位：单位：C.m，Debye；1D3.33

2、6x10-30C.m偶极矩偶极矩(Dipole Moment)矢量方向：正矢量方向：正 负负二、分子的极化二、分子的极化极性分子极性分子偶极矩有与外电场偶极矩有与外电场反方向排列的趋势；而热运反方向排列的趋势；而热运动则扰乱该趋势动则扰乱该趋势极性分子的取向极性分子的取向1 极性分子的取向极化极性分子的取向极化取向极化率取向极化率+-+-+-+-uE达到热平衡时，分子具有达到热平衡时，分子具有平均偶极矩平均偶极矩 ，这一现象这一现象称称取向极化取向极化u2 2 分子的变形极化分子的变形极化非极性分子非极性分子的变形极化的变形极化极性分子的极性分子的变形极化变形极化分分子子的的变变形形极极化化电

3、荷中心分电荷中心分离产生诱导离产生诱导偶极矩偶极矩d电荷中心分电荷中心分离产生诱导离产生诱导偶极矩偶极矩d+-+-+-dd=a+e原子极化率原子极化率电子极化率电子极化率三、极化率与介电常数的关系三、极化率与介电常数的关系作为电介质的分子，其极化作用越强，介电作为电介质的分子，其极化作用越强，介电常数越大，充填这种电介质的电容器电压下常数越大，充填这种电介质的电容器电压下降（被抵消）越多。降（被抵消）越多。ddE变形极化率变形极化率四、极化作用与频率的关系四、极化作用与频率的关系 交变电场频率较大交变电场频率较大(10101014Hz):取向极化跟取向极化跟不上，只有原子极化和电子极化。不上，

4、只有原子极化和电子极化。交变电场频率很大交变电场频率很大(1014Hz):原子极化也跟不原子极化也跟不上，只有电子极化率。上，只有电子极化率。偶极矩和极化率是判断分子几何构型的重要偶极矩和极化率是判断分子几何构型的重要参数，在讨论分子间作用力、光谱性质时有用。参数，在讨论分子间作用力、光谱性质时有用。五、偶极矩与分子结构五、偶极矩与分子结构多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和键矩和基矩：键和基团的偶极矩键矩和基矩：键和基团的偶极矩键矩或基矩为键矩或基矩为1,2，夹角为，夹角为则：则：分子的偶极矩分子的偶极矩21222212cos，H2OBF3 BFFF中心对称分

5、子或有两个及以上对称元素相交于中心对称分子或有两个及以上对称元素相交于一点的分子是非极性分子，偶极矩为一点的分子是非极性分子，偶极矩为0。CH4,P4,PCl5,O2,NH3,HCl,C6H5Cl偶极矩与对称性、电负性和电荷分布密切相关偶极矩与对称性、电负性和电荷分布密切相关偶极矩方向由电负性小的指向电负性大的，而偶极矩方向由电负性小的指向电负性大的，而大小一般与电负性差值成正比。大小一般与电负性差值成正比。CH3Cl:1.87D，CH3CH2Cl:1.87D，CH3CH2CH2Cl:1.87D第二节第二节 分子的磁学性质分子的磁学性质加磁场加磁场顺磁性物质在外磁场中显磁性，在磁天平中增重。顺

6、磁性物质在外磁场中显磁性，在磁天平中增重。分子磁学性质起因于分子磁学性质起因于“分子电流分子电流”第六章第六章 分子的电学磁学性质分子的电学磁学性质 分子间作用力分子间作用力磁介质在磁场中的磁化程度用磁化强度矢量磁介质在磁场中的磁化程度用磁化强度矢量 I 描述。描述。B=H+H=H+4II=HI是单位体积磁矩，是单位体积磁矩，为单位磁场强度下的单位体积磁为单位磁场强度下的单位体积磁矩，常用比磁化率：矩，常用比磁化率：g或或mg/mM/=Vm顺磁质：顺磁质：0，I 0，BH(H与与H同方向同方向)反磁质：反磁质：0，I0，BH(H与与H反方向反方向)铁磁质：铁磁质：很大，很大，100010000

7、一、磁化率一、磁化率二、物质磁性与微观结构的关系二、物质磁性与微观结构的关系忽略原子核磁矩，多电子原子总磁矩忽略原子核磁矩，多电子原子总磁矩闭壳层结构，电子运动产生的磁矩相互抵消，闭壳层结构，电子运动产生的磁矩相互抵消，没有等效分子电流，没有等效分子电流，J0 01JBgJ J当S=0,J=L，g=1当L=0,J=S，g=2轨道冻结轨道冻结：只考虑电子自旋的贡献212JBBs sn n对于第一列过渡元素离子，或不需要考虑轨道磁矩的化合物。居里定律：居里定律：m顺顺NAJ2/(3kBT)C/TNA 阿佛加德罗常数，阿佛加德罗常数，kB 玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，C居里常数，居里常数，T绝对温度

8、绝对温度顺磁性与摩尔顺次磁化率顺磁性与摩尔顺次磁化率三、顺磁性与反磁性三、顺磁性与反磁性 所有物质中，运动电子受到洛伦兹力作用，使所有物质中，运动电子受到洛伦兹力作用，使电子产生一个总角动量绕磁场方向的旋转运动；所电子产生一个总角动量绕磁场方向的旋转运动；所产生的感应磁矩方向与外磁场相反，表现反磁性。产生的感应磁矩方向与外磁场相反，表现反磁性。顺磁质的顺磁性大于反磁性。顺磁质的顺磁性大于反磁性。第三节第三节 分子间的作用力分子间的作用力一、范德华引力一、范德华引力 第六章第六章 分子的电学磁学性质分子的电学磁学性质 分子间作用力分子间作用力 静电力静电力（极性分子永久偶极（极性分子永久偶极 矩

9、间静电吸引）矩间静电吸引）诱导力（永久偶极矩与诱导偶诱导力（永久偶极矩与诱导偶 极矩吸引作用）极矩吸引作用）色散力（瞬间偶极矩之间色散力（瞬间偶极矩之间）1 1、范德华力的本质、范德华力的本质极性分子永久偶极矩间静电吸引极性分子永久偶极矩间静电吸引 2212260234KBEk Tr 静电力静电力+-+-+-+-静电力，又称为取向力。处于常温时，偶极矩的取向作用大于无序的热运动，EK H N P(3)孤对电子对比单键电子对更靠近原子核，孤对电子对比单键电子对更靠近原子核，而对其他成键电子对排斥力较大。而对其他成键电子对排斥力较大。(4)双键和三键电子对的排斥作用大于单键电子对的双键和三键电子对

10、的排斥作用大于单键电子对的排斥作用。排斥作用。三键三键-三键三键 三键三键-双键双键 双键双键-双键双键 双键双键-单键单键 单键单键-单键单键杂化理论杂化理论与与价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论的关系的关系 a)电子对构型直接与杂化类型相关联。电子对构型直接与杂化类型相关联。b)未参加杂化的电子与重键的形成有关未参加杂化的电子与重键的形成有关。c)孤对电子影响键角孤对电子影响键角。离子键理论离子键理论共价键共价键 理理 论论路易斯理论路易斯理论现代共价键现代共价键 理理 论论现代价现代价键理论键理论价键理论价键理论（VB）价层电子对价层电子对 互斥理论互斥理论杂化轨道理论杂化轨道理论化学键化学键 理理 论论分子轨道理论分子轨道理论