1、第第2 2章微粒间的相互作用于物质性质章微粒间的相互作用于物质性质第第4 4节节 分子间作用力分子间作用力固态水固态水液态水液态水气态水气态水 物质三态之间的转化也伴随着能量变化。这说明：物质三态之间的转化也伴随着能量变化。这说明：分子间也存在着相互作用力。分子间也存在着相互作用力。分子间存在多种相互作用，分子间存在多种相互作用，统称为分子间作用力统称为分子间作用力，它是一种弱相互作用，它是一种弱相互作用，常见的有常见的有两种：范德华力和氢键。两种：范德华力和氢键。水的三态转变水的三态转变联想联想质疑质疑 阅读课本第阅读课本第69-7169-71页，了解范德华力、范德华力与页，了解范德华力、范
2、德华力与物质的性质的关系。物质的性质的关系。1 1、范德华力、范德华力定义：定义：物质分子间的普遍存在的作用力，使物质能以一定的凝物质分子间的普遍存在的作用力，使物质能以一定的凝聚态聚态( (固态或液态固态或液态) )存在。存在。一、范德华力与物质性质一、范德华力与物质性质范德华力的实质：范德华力的实质：电性作用。电性作用。特征：特征：很弱很弱，比化学键的键能小得多，比化学键的键能小得多( (约小约小1-21-2个数量级）个数量级）无方向性，无饱和性无方向性，无饱和性。范德华力是一种短程力，作用范围通常范德华力是一种短程力，作用范围通常0.30.30.5 nm0.5 nm，气体分，气体分子间的
3、作用可忽略不计。子间的作用可忽略不计。分子分子HClHBrHICOAr范德华力范德华力(kJ/mol)21.1423.1126.008.758.50共价键键能共价键键能(kJ/mol)431.8366298.7745无无2.范德华力对物质性质的影响范德华力对物质性质的影响 范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。 范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。物质物质F2Cl2Br2I2相对分子量相对分子量3871160254熔点（熔点（）-219.6-101-7.2113.5沸点（沸点（）-188.1-34.658.7
4、8184.4熔沸点变化趋势熔沸点变化趋势熔沸点逐渐升高熔沸点逐渐升高交流研讨交流研讨1.观察四卤化碳、卤素单质的熔沸点与分子量的关观察四卤化碳、卤素单质的熔沸点与分子量的关系，思考范德华力与分子量的关系。系，思考范德华力与分子量的关系。结论：结论：结构相似结构相似,相对分子质量越大相对分子质量越大,范德华力越大，物范德华力越大，物质熔沸点越高。质熔沸点越高。交流研讨交流研讨2、CO2和CH3CHO的分子量相同，但CH3CHO常温下为液态？原因是什么？CH3CHO为极性分子为极性分子，CO2为非极性分子为非极性分子M 相同或相近时相同或相近时,分子极性越大分子极性越大,范德华力越大！范德华力越大
5、！分子组成的物质：分子组成的物质：结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大。M 相同或相近时相同或相近时,分子极性越大，范德华力越大；分子极性越大，范德华力越大；同种物质，分子间距离越大，范德华力越小。同种物质，分子间距离越大，范德华力越小。3、影响范德华力大小的因素：、影响范德华力大小的因素：总结总结范德华力范德华力越大，物越大，物质的熔点、质的熔点、沸点越高。沸点越高。 为了研究气体分子的运动规律，科学家提出了一种理想气体模型，假设气体分子不具有体积，并且气体分子之间不存在相互作用。根据这种模型提出的理想气体方程对气体分子运动规律的描述与实验事实出
6、现了偏差。荷兰物理学家范德华（J.van der Waals）修正了关于气体分子运动的以上假设，指出气体分子本身具有体积，并且分子间存在引力。由此，范德华提出了描述实际气体行为的范德华气态方程，根据这个方程计算的结果与实验事实十分吻合。由于是范德华首次将分子间作用力的概念引入气态方程，人们将这种分子间相互作用力称为范德华力。拓展视野拓展视野范德华力概念的提出范德华力概念的提出荷兰物理学家荷兰物理学家约翰内斯约翰内斯迪德里迪德里范范德德瓦耳斯瓦耳斯 极性分子相互靠近时，一个分子的正电荷端与另一个分子的负电荷端相互极性分子相互靠近时，一个分子的正电荷端与另一个分子的负电荷端相互吸引，这种静电吸引力
7、称为取向力。分子极性越强，取向力就越大。吸引，这种静电吸引力称为取向力。分子极性越强，取向力就越大。 一个分子受到极性分子的诱导作用，导致正电荷重心与负电荷重心不重合一个分子受到极性分子的诱导作用，导致正电荷重心与负电荷重心不重合或距离加大，进而使两种分子之间产生吸引力或吸引力增强，这种吸引力称为或距离加大，进而使两种分子之间产生吸引力或吸引力增强，这种吸引力称为诱导力。诱导力。由于原子核和电子总是在不停地运动，因此即使对非极性分子来说，其正电荷由于原子核和电子总是在不停地运动，因此即使对非极性分子来说，其正电荷重心与负电荷重心也会发生瞬间不重合。当分子相互靠近时，分子之间会产生重心与负电荷重
8、心也会发生瞬间不重合。当分子相互靠近时，分子之间会产生静电吸引力，这种静电吸引力叫作色散力。分子越大，分子内的电子越多，分静电吸引力，这种静电吸引力叫作色散力。分子越大，分子内的电子越多，分子越容易变形，色散力就越大。除了极性特别强的极性分子间的范德华力以取子越容易变形，色散力就越大。除了极性特别强的极性分子间的范德华力以取向力为主以外，其他分子间的范德华力往往以色散力为主。向力为主以外，其他分子间的范德华力往往以色散力为主。拓展视野拓展视野范德华力的成因范德华力的成因化学键化学键范德华力范德华力概念概念存在范围存在范围作用力强弱作用力强弱 影响的性质影响的性质相邻的原子间强烈的相互相邻的原子
9、间强烈的相互作用作用把分子聚集在一起的把分子聚集在一起的作用力作用力分子分子内内、原子原子间间分子之间分子之间较较强强与化学键相比与化学键相比弱弱的多的多主要影响主要影响化学性质化学性质主要影响主要影响物理性质物理性质（如熔沸点）（如熔沸点）1、化学键与范德华力的比较、化学键与范德华力的比较2对范德华力存在的理解对范德华力存在的理解(1)离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力。离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力。(2)范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子之间及稀有气体分子之间。但像二氧化硅、金刚石等
10、金属单质分子之间及稀有气体分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质的微粒之间不存在范德华力。由共价键形成的物质的微粒之间不存在范德华力。归纳总结归纳总结随堂练习随堂练习1、下列叙述与范德华力无关的是( ) A.气体物质加压或降温时能凝结或凝固 B.熔、沸点高低：CH3CH3CH3(CH2)2CH3 C.干冰易升华，SO2固体不易升华 D.氯化钠的熔点较高D2、下列变化是克服分子间作用力的情况下进行的是（ ） A.碘的升华 B.氨气的液化 C.铝的熔化 D.食盐的溶解A3下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是() A液溴和苯分别受热变为气体 B干冰和氯化铵分别受热变
11、为气体 C二氧化硅和铁分别受热熔化 D食盐和葡萄糖分别溶解在水中A4共价键、离子键和范德华力都是微观粒子之间的不同作用力。下列物质：Na2O2、SiO2、冰、金刚石、CaCl2、干冰，其中含有两种不同类型作用力的是( ) A B C DB 你注意到我们每天都离不开的水有什么你注意到我们每天都离不开的水有什么反常之处吗？物质由液态变为固态时，通反常之处吗？物质由液态变为固态时，通常是体积变小，但水结冰后体积却变大，常是体积变小，但水结冰后体积却变大，如果是在密闭容器里的水结成冰，甚至可如果是在密闭容器里的水结成冰，甚至可能将容器撑破。能将容器撑破。联想质疑联想质疑 水分子之间除了范德华力以外水分
12、子之间除了范德华力以外还存在其他作用力还存在其他作用力氢键氢键 另外，在氧族元素的氢化物中，另外，在氧族元素的氢化物中，常温、常压下硫化氢（常温、常压下硫化氢（H2S）、硒化）、硒化氢（氢（H2Se）、碲化氢（）、碲化氢（H2Te）都是气）都是气体，只有水以液态存在。按照一般规体，只有水以液态存在。按照一般规律，水的沸点应该低于硫化氢的沸点，律，水的沸点应该低于硫化氢的沸点，但事实却相反。这是为什么？但事实却相反。这是为什么？个水分子的个水分子的OH键与另一个水分子键与另一个水分子中氧原子相互作用形成中氧原子相互作用形成O-H O氢氢键键二二.氢键与物质性质氢键与物质性质1.什么是氢键什么是氢
13、键(1) 氢键的概念：氢键的概念： 当氢原子与电负性大的原子当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时，氢以共价键结合时，氢原子与另一个电负性大的原子原子与另一个电负性大的原子Y之间的静电作用。之间的静电作用。(2)表示形式：表示形式： 通常用通常用XHY表示氢键，其中表示氢键，其中XH表示氢原表示氢原子和子和X原子以共价键相结合。原子以共价键相结合。(3) 氢键的实质：氢键的实质： 静电作用静电作用 （特殊的分子间作用力）（特殊的分子间作用力）(4) 氢键的特征：氢键的特征： 具有方向性和饱和性具有方向性和饱和性一个一个H2O最多可以最多可以形成形成4个氢键个氢键水分子中的两个水分子中的两个
14、OH 键键及氧的两对孤对电子分别及氧的两对孤对电子分别指向四面体的四个顶角指向四面体的四个顶角化学键氢键范德华力化学键氢键范德华力(5)氢键作用力的大小：氢键作用力的大小： 分子内含有氢原子分子内含有氢原子用用XHY表示氢键，表示氢键，X、Y元素电负性大，原子半元素电负性大，原子半径小，如径小，如N、O、F等。等。(6)氢键的形成条件：氢键的形成条件： X和和Y的电负性越大，吸引电子能力越强，则氢键越强。的电负性越大，吸引电子能力越强，则氢键越强。(7)氢键氢键XH Y的强弱判断的强弱判断氢键强弱顺序：氢键强弱顺序：FHF OHO OHN NHN 氢键一般存在于含氢键一般存在于含NH、HO、H
15、F键的物质中，或有机化键的物质中，或有机化合物中醇类合物中醇类(羟基羟基)和羧酸类和羧酸类(羟基、羰基羟基、羰基)、醛类、醛类(羰基羰基)等物质中。等物质中。氢键的存在氢键的存在(8)氢键的类型氢键的类型分子间氢键分子间氢键 分子内氢键分子内氢键 (9)氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响若分子间形成氢键，将使物质的若分子间形成氢键，将使物质的熔沸点升高熔沸点升高-150-125-100-75-50-2502550751002345CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸点沸点/周期周期一些氢化物的沸点一些氢化物的沸点【思
16、考思考】邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛互为同分异构体，邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛互为同分异构体，但熔沸点差别较大，为什么？但熔沸点差别较大，为什么？邻羟基苯甲醛邻羟基苯甲醛熔点：熔点：2 沸点：沸点：196.5对羟基苯甲醛对羟基苯甲醛熔点：熔点：115 沸点：沸点：250分子间氢键 分子内氢键 结论：分子结论：分子间间氢键使物质熔沸点氢键使物质熔沸点升高升高 分子分子内内氢键使物质熔沸点氢键使物质熔沸点降低降低氢键也影响物质的电离、溶解等过程氢键也影响物质的电离、溶解等过程如：氨气极易溶于水，溶解度约为如：氨气极易溶于水，溶解度约为1：700；乙醇能与水任意比互溶；乙醇能与水任意比互溶如果溶质分子
17、与溶剂分子间可以生成氢键，则溶质的如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键，则溶质的溶解度增大。溶解度增大。(9)氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响分子分子间间氢键使物质熔沸点氢键使物质熔沸点升高升高分子分子内内氢键使物质熔沸点氢键使物质熔沸点降低降低由于由于 能形成分子内氢键，所以水杨酸的第二级电离更困能形成分子内氢键，所以水杨酸的第二级电离更困难，故难，故 Ka2(水杨酸水杨酸)”或或“”) Ka(苯苯酚酚)，其原因是，其原因是 。解释一些反常现象解释一些反常现象HOHOHOHHHOHHOHH水水冰冰 水水冰冰如水结成冰时，为什么体积会膨胀。如水结成冰时，为什么体积会膨胀。 水分子之间存
18、在着氢键，使水的沸点比硫化氢的沸点高出水分子之间存在着氢键，使水的沸点比硫化氢的沸点高出139 ，导致在，导致在通常状况下水为液态，地球上因此有了生命。冰中的水分子之间最大程度地形通常状况下水为液态，地球上因此有了生命。冰中的水分子之间最大程度地形成氢键。由于氢键有方向性，每个水分子的两对孤对电子和两个氢原子只能沿成氢键。由于氢键有方向性，每个水分子的两对孤对电子和两个氢原子只能沿着四个着四个sp3杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与周围四个水分子接触。水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，周围四个
19、水分子接触。水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的这一独特结构，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的这一独特结构，使冰可以浮在水面上，从而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰层下的水中存活。使冰可以浮在水面上，从而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰层下的水中存活。 冰中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔冰有冰中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔冰有 2NA个氢键（个氢键（NA为阿伏为阿伏加德罗常数）。冰中氢键的作用能为加德罗常数）。冰中氢键的作用能为 18.8 kJmol-1，而冰的熔化热只有，而冰的熔化热只有5.0
20、 kJmol-1。当在。当在0 冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大约约 13%的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团（H2O)n。温度升高使冰融化为水的过程，实际上包括两种过程。温度升高使冰融化为水的过程，实际上包括两种过程 水分子间的水分子间的氢键减少，使水的密度变大，水分子的热运动即热膨胀作用使水的密度减小。氢键减少，使水的密度变大，水分子的热运动即热膨胀作用使水的密度减小。随着温度升高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在随着温度升
21、高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在 4 时两种作用达到平衡。所以，当温度升高时，由时两种作用达到平衡。所以，当温度升高时，由0 到到 4 时水的密度逐渐增时水的密度逐渐增大，大，4 时水的密度达到最大，时水的密度达到最大，4后水的密度变小。后水的密度变小。追根寻源追根寻源为什么水呈现出独特的物理性质为什么水呈现出独特的物理性质由于形成氢键有方向性、饱和性，水分子间形成的孔穴由于形成氢键有方向性、饱和性，水分子间形成的孔穴造成冰晶体的微观结构存在空隙。在高压、低温的条件造成冰晶体的微观结构存在空隙。在高压、低温的条件下，甲烷进入空隙形成可燃冰。下，甲烷进入空隙形成可燃冰。可燃
22、冰的形成可燃冰的形成 大家知道，羊毛织品水洗后会变形，这大家知道，羊毛织品水洗后会变形，这是什么原因呢是什么原因呢?羊毛纤维是蛋白质构成的，羊毛纤维是蛋白质构成的，蛋白质上的氨基和羰基可能会形成氢键。蛋白质上的氨基和羰基可能会形成氢键。羊毛在浸水和干燥的过程中，会在这些氢羊毛在浸水和干燥的过程中，会在这些氢键处纳入水和去除水，而且其变化往往是键处纳入水和去除水，而且其变化往往是不可逆的，从而改变了原先蛋白质的构造，不可逆的，从而改变了原先蛋白质的构造，即原先的氢键部位可能发生移动，由此引即原先的氢键部位可能发生移动，由此引起羊毛织品变形。起羊毛织品变形。追根寻源追根寻源羊毛织品水洗后为什么会变
23、形羊毛织品水洗后为什么会变形 DNA分子有两条链，链内原子之间以很强的共价键结合，链之分子有两条链，链内原子之间以很强的共价键结合，链之间则是两条链上的碱基以氢键配对，许许多多的氢键将两条链连间则是两条链上的碱基以氢键配对，许许多多的氢键将两条链连成独特的双螺旋结构，这是遗传基因复制机理的化学基础。成独特的双螺旋结构，这是遗传基因复制机理的化学基础。 化学与生命化学与生命DNA双螺旋结构中的氢键双螺旋结构中的氢键共价键共价键范德华力范德华力概念概念存 在 范 围存 在 范 围作用力强作用力强弱弱 对物质的对物质的影响影响相邻的原子间相邻的原子间强烈的相互作强烈的相互作用用把分子聚集在把分子聚集
24、在一起的作用力一起的作用力分子内、原子间分子内、原子间分子之间分子之间主要影响化学主要影响化学性质性质主要影响物理主要影响物理性质（如熔沸性质（如熔沸点）点）共价键与范德华力、氢键的比较共价键与范德华力、氢键的比较氢键氢键分子内分子内“裸露裸露”的氢核与的氢核与另一分子中带负电荷的原另一分子中带负电荷的原子产生的静电作用子产生的静电作用分子之间分子之间主要影响物理主要影响物理性质（如熔沸性质（如熔沸点）点）知识整合知识整合化学键氢键范德华力化学键氢键范德华力1、下列事实与氢键无关的是、下列事实与氢键无关的是( ) A.液态氟化氢中有三聚氟化氢液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3分子存在。分子存在
25、。 B.冰的密度比液态水的密度小。冰的密度比液态水的密度小。 C.乙醇能与水以任意比混溶而甲醚乙醇能与水以任意比混溶而甲醚(CH3OCH3)难溶于水。难溶于水。 D.NH3比比PH3稳定。稳定。D2、下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是、下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是( ) A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱的热稳定性依次减弱 B.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高的熔、沸点依次升高 C. 、HOH、C2H5OH中中OH上氢原子的活泼上氢原子的活泼性依次减弱性依次减弱 D.CH3OCH3、C2H5OH的沸点依次升高的沸点依次升高B随堂练习随堂练习(1)
26、NH3的沸点比的沸点比PH3高的原因是高的原因是_。(2)CH4的分解温度比的分解温度比SiH4高的原因是高的原因是_。(3)CH4的沸点比的沸点比SiH4低的原因是低的原因是_。3 3分析下表中四种物质的相关数据，并回答下列问题：分析下表中四种物质的相关数据，并回答下列问题：物质物质CH4SiH4NH3PH3沸点沸点(K)101.7161.2239.7185.4分解温度分解温度(K)8737731073713.2 NH3分子间含有氢键，分子间含有氢键，PH3分子间分子间含有范德华力，氢键比范德华力强含有范德华力，氢键比范德华力强 C半径小于半径小于Si，键长键长CH键小键小于于SiH键键，键能键能CH键大于键大于SiH键键 CH4与与SiH4结构和组成相似，相对分子结构和组成相似，相对分子质量：质量：SiH4CH4，范德华力：，范德华力：SiH4CH4
