蘇教版《分子間作用力-分子晶體》課件

專題3

分子間作用力分子晶體微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第四單元?dú)鈶B(tài)固態(tài)液態(tài)水的電解范德華力、氫鍵一、范德華力范德華

(VanDerWaals1837－1923)

荷蘭物理學(xué)家。提出了范德華方程。研究了毛細(xì)作用，對(duì)附著力進(jìn)行了計(jì)算。推導(dǎo)出物體氣、液、固三相相互轉(zhuǎn)化條件下的臨界點(diǎn)計(jì)算公式。1910年因研究氣態(tài)和液態(tài)方程獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。原子間和分子間的吸引力被命名為范德華力。

1.概念范德華力是固體、液體和氣體分子之間普遍存在的一種相互作用力，它使得許多共價(jià)分子能聚集在一起并以一定的凝聚態(tài)存在。2.特征(1)作用力通常比化學(xué)鍵小得多，只有化學(xué)鍵鍵能的1/10－1/100。范德華力的作用能一般只有2－20kJ/mol，而化學(xué)鍵的鍵能一般為100－600kJ/mol.

(2)無(wú)方向性和飽和性.(3)作用力的實(shí)質(zhì)是一種靜電作用3.影響范德華力的因素：

分子的大小、分子的空間構(gòu)型、分子中電荷分布是否均勻等。

范德華力與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系

單質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃F238-219.6-188.1Cl271-101.0-34.6Br2160-7.258.8I2254113.5184.4分子HClHBrHI

Ar相對(duì)分子質(zhì)量36.581128

40范德華力(kJ/mol)21.1423.1126.00

8.50熔點(diǎn)/℃-114.8-98.5-50.8

沸點(diǎn)/℃-84.9-67-35.4

⑴組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，其熔沸點(diǎn)越高范德華力與分子的極性的關(guān)系分子相對(duì)分子質(zhì)量分子的極性熔點(diǎn)/℃

沸點(diǎn)/℃CO28極性-205.05-191.49N228非極性-210.00-195.81⑵相對(duì)分子質(zhì)量相同或相近時(shí)，分子的極性越大（分子結(jié)構(gòu)越不對(duì)稱），范德華力越大，其熔沸點(diǎn)越高如：分子間作用力F2<Cl2<Br2<I2CF4<CCl4<CBr4<CI4例1：下列敘述正確的是：A.氧氣的沸點(diǎn)低于氮?dú)獾姆悬c(diǎn)B.稀有氣體原子序數(shù)越大，沸點(diǎn)越高C.任何分子間在任意情況下都會(huì)產(chǎn)生范德華力D.同周期元素的原子半徑越小，越易失去電子(B）例2：下列各組物質(zhì)汽化或熔化時(shí)，所克服的粒子間作用力屬于同種類型的是 A．碘和干冰的升華B．二氧化硅和生石灰的熔化C．氯化鈉和鐵的熔化 D．溴和煤油的蒸發(fā)(AD）a.取向力當(dāng)極性分子和極性分子相互接近時(shí)，它們的固有偶極的同極相斥而異極相吸，就使得極性分子按一定方向排列，因而產(chǎn)生了分子間的作用力，這種力叫取向力。分子極性越強(qiáng)，取向力越大。這種力只存在于極性分子與極性分子之間。4.范德華力的成因：(了解）b.誘導(dǎo)力

當(dāng)極性分子和非極性分子相接近時(shí)，非極性分子在極性分子的固有偶極的作用下，發(fā)生極化，而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，然后誘導(dǎo)偶極與極性分子固有偶極相互吸引。這種由于誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的作用力，稱為誘導(dǎo)力。這種力產(chǎn)生于極性分子與非極性分子之間，當(dāng)然極性分子與極性分子之間也互相誘導(dǎo)，因而也有這種力。4.范德華力的成因：c.色散力

從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看，非極性分子沒有極性，但組成分子的正、負(fù)微?？偸窃诓粩嗟剡\(yùn)動(dòng)著，在某一瞬間，對(duì)多個(gè)分子而言總可能有分子出現(xiàn)正、負(fù)電荷重心不重合，而成為偶極子，這種偶極叫瞬時(shí)偶極。對(duì)大量分子，這種瞬時(shí)偶極的存在就成為經(jīng)常性的，這種靠瞬時(shí)偶極產(chǎn)生的作用力叫色散力。

4.范德華力的成因：實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)大多數(shù)分子來(lái)說(shuō)，色散力是主要的；只有偶極矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而誘導(dǎo)力通常是很小的。5.范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響（1）組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，分子晶體的熔沸點(diǎn)越高。如烷烴隨碳原子數(shù)的遞增，熔沸點(diǎn)不斷升高（2）對(duì)溶解度的影響溶質(zhì)分子和溶劑分子間范德華力越大（或）接近，則溶質(zhì)分子的溶解度越大，符合“相似相溶原理”。如Br2、I2與苯分子間的作用力較大，故溴、碘易溶于苯中，而水與苯分子間的作用力很小，故水很難溶于苯中分子間作用力與化學(xué)鍵的關(guān)系分子間作用力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，而化學(xué)鍵則主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。分子間作用力與分子晶體熔、沸點(diǎn)的關(guān)系分子晶體要熔化、要汽化都要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時(shí)需要的能量就越多，物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)就越高。分子晶體熔化時(shí)，一般只破壞了分子間作用力，不破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵，但也有例外，如硫晶體（S8）熔化時(shí)，既破壞了分子間的作用力，同時(shí)部分S－S鍵斷裂，形成更小的分子。二、氫鍵的形成第ⅥA族元素的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而升高，符合前面所學(xué)規(guī)律，但HF、H2O、NH3的沸點(diǎn)卻反常，這是什么原因呢？

當(dāng)H原子與電負(fù)性很大的F、O、N等元素形成H-F、H-O、H-N共價(jià)鍵時(shí)，由于兩元素的電負(fù)性差很大，致使這些共價(jià)鍵的電子對(duì)會(huì)強(qiáng)烈的偏向F、O、N等原子一邊，結(jié)果使H原子幾乎成為“裸露”的質(zhì)子，從而帶有較強(qiáng)的正電荷，具有很強(qiáng)的吸引電子的能力。當(dāng)另一分子中的組成原子上有孤對(duì)電子（HF、H2O、NH3分子中的F、O、N等原子）時(shí)，則H原子就會(huì)與孤對(duì)電子產(chǎn)生電性吸引，這種靜電吸引作用就是氫鍵。NH3HF（1）定義：除范德華力外的另一種分子間作用力，它是由已經(jīng)與電負(fù)性很強(qiáng)的原子形成強(qiáng)極性共價(jià)鍵的氫原子（幾乎成為“裸露”的質(zhì)子）與另一分子中電負(fù)性很強(qiáng)的原子中的孤對(duì)電子之間的作用力，其本質(zhì)依然是靜電作用。

1.概念A(yù)—H···B（2）氫鍵的形成條件氫鍵②

H原子與另一分子中的電負(fù)性大、原子半徑小且有孤對(duì)電子的元素原子（B原子）間產(chǎn)生靜電吸引①

分子中有H原子，且H原子必須與電負(fù)性大，原子半徑小的原子(A原子）形成強(qiáng)極性鍵A－H···B

（3）氫鍵的表示方法A和B可以是同種原子，也可以是不同種原子，但都是電負(fù)性較大、半徑極小的非金屬原子（一般就是N、O、F）,且B原子有孤對(duì)電子。表示式中的實(shí)線表示共價(jià)鍵，虛線表示氫鍵。

以H原子為中心的3個(gè)原子A—H···B盡可能在一條直線上，這樣A原子與B原子間的距離較遠(yuǎn)，斥力較小，形成的氫鍵穩(wěn)定。氫鍵具有方向性A－H···B－中，

（4）影響氫鍵強(qiáng)弱的因素F—H···F

O—H···O

N—H···N

越大A、B原子的電負(fù)性、半徑，形成的氫鍵就。

越強(qiáng)

越小常見的氫鍵的強(qiáng)弱順序?yàn)椋海荆荆?）氫鍵的特征：具有方向性和飽和性（6）氫鍵的類型：氫鍵既可以存在于分子之間（HF分子間、NH3與H2O分子間），也可存在于分子內(nèi)部的原子團(tuán)之間。分子間氫鍵

分子內(nèi)氫鍵

鄰羥基苯甲醛對(duì)羥基苯甲醛熔點(diǎn)：2℃沸點(diǎn)：196.5℃熔點(diǎn)：115℃沸點(diǎn)：250℃(1)對(duì)沸點(diǎn)和熔點(diǎn)的影響

分子間氫鍵的形成使物質(zhì)的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)升高。

分子內(nèi)氫鍵的生成往往會(huì)降低分子間作用力，從而使物質(zhì)的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)降低。2.氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響：交流與討論：尿素、醋酸、硝酸是相對(duì)分子質(zhì)量相近的三種分子，但這三種物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)相差比較大。尿素＞醋酸＞硝酸。試從氫鍵的角度分析造成尿素、醋酸、硝酸三種相對(duì)分子質(zhì)量相近的分子r熔沸點(diǎn)相差較大的可能原因。(2)對(duì)溶解度的影響在極性溶劑里，如果溶質(zhì)分子與溶劑分子間可以生成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。2.氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響：水和甲醇的相互溶解（深藍(lán)色虛線為氫鍵）

交流與討論：為什么NH3極易溶于水？NH3溶于水是形成N-H…Ｏ還是形成O-H…N?●●●正是這樣，NH3溶于水溶液呈堿性溶質(zhì)分子與溶劑分子之間形成氫鍵使溶解度增大3.水中的氫鍵對(duì)水的性質(zhì)的影響：（1）水分子間形成氫鍵，增大了水分子間的作用，使水的溶、沸點(diǎn)比H2S高（2）水結(jié)冰時(shí)，體積膨脹，密度減小（3）4℃時(shí)，冰的密度最大在水蒸氣中水以單個(gè)的H2O分子形式存在；在液態(tài)水中，經(jīng)常是幾個(gè)水分子通過氫鍵結(jié)合起來(lái)，形成（H2O）n；在固態(tài)水（冰）中，水分子大范圍地以氫鍵互相聯(lián)結(jié)，形成相當(dāng)疏松的晶體，從而在結(jié)構(gòu)中有許多空隙，造成體積膨脹，密度減小，因此冰能浮在水面上。

隨溫度升高，同時(shí)發(fā)生兩種相反的過程：一是冰晶體結(jié)構(gòu)小集體受熱不斷崩潰，締合分子減少，體積變小，密度變大；另一是水分子間距因熱運(yùn)動(dòng)不斷增大，體積變大，密度變小。0～4℃間，前者占優(yōu)勢(shì)，4℃以上，后者占優(yōu)勢(shì)，4℃時(shí)，兩者互不相讓，導(dǎo)致水的密度最大．小結(jié)范德華力是普遍存在的一種分子間作用力，屬于電性作用。這種作用力比較弱。范德華力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)越高。氫鍵屬于一種較強(qiáng)的分子間作用力，既可以存在于分子之間，也可以存在于復(fù)雜分子的內(nèi)部。氫鍵的存在使物質(zhì)具有某些特殊性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子中的氫鍵（圖中虛線表示氫鍵）DNA雙螺旋是通過氫鍵使它們的堿基（A…T和C…G）

相互配對(duì)形成的（圖中虛線表示氫鍵）三、分子晶體干冰及其晶胞

1.分子通過分子間作用力結(jié)合形成的晶體稱為分子晶體

碘晶體及其晶胞2.構(gòu)成微粒：分子3.微粒間的作用：分子間作用力（部分分子晶體中還存在氫鍵）某些分子晶體的熔點(diǎn)分子晶體氧氮白磷水熔點(diǎn)－218.3－210.144.20分子晶體硫化氫甲烷乙酸尿素熔點(diǎn)－85.6－182.516.7132.74.分子晶體的特點(diǎn)低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)、硬度小。5.典型的分子晶體（1）所有非金屬氫化物如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等（2）部分非金屬單質(zhì)如鹵素（X2）、氧（O2）、硫（S8）、氮（N2）、白磷（P4）、碳60（C60）等（3）部分非金屬氧化物如CO2、P4O6、P4O10、SO2等（4）幾乎所有的酸（而堿和鹽則是離子晶體）（5）絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體晶體類型原子晶體分子晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價(jià)鍵分子間作用力熔、沸點(diǎn)很高較低硬度很大較小溶解性不溶于任何溶劑部分溶于水實(shí)例金剛石、二氧化硅干冰、石墨原子晶體與分子晶體的比較將干冰氣化，破壞了CO2分子晶體的—————將CO2氣體溶于水，破壞了CO2分子的————分子間作用力共價(jià)鍵作用微粒作用力強(qiáng)弱意義化學(xué)鍵范德華力相鄰原子之間作用力強(qiáng)烈影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)分子之間作用力微弱影響物質(zhì)的物理性質(zhì)（熔、沸點(diǎn)及溶解度等）6.分子晶體的結(jié)構(gòu)特征：

分子密堆積如果分子間作用力只是范德華力，若以一個(gè)分子為中心，其周圍通?？梢杂?2個(gè)緊鄰的分子。與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個(gè)⑴干冰晶體結(jié)構(gòu)——面心立方晶胞CO2分子處于8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心1個(gè)干冰晶體晶胞中含有4個(gè)CO2分子冰中1個(gè)水分子周圍有４個(gè)水分子⑵冰這5個(gè)水分子形成空間正四面體結(jié)構(gòu)平均每一個(gè)水分子實(shí)際形成2個(gè)氫鍵。⑶

白磷晶體：P4正四面體，鍵角為60°

白磷晶體中，P原子與P-P鍵的鍵數(shù)之比為1:1.5⑷Cn等晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.Cn中有五邊形和六邊形，每個(gè)五邊形實(shí)際含有的碳原子數(shù)為5/3個(gè)，而每個(gè)六邊形實(shí)際含有的碳原子數(shù)為6/3=2個(gè)（因?yàn)槊總€(gè)碳原子與另3個(gè)碳原子結(jié)合）31g白磷分子中存在的共價(jià)鍵數(shù)目是1.5NA2,由于每個(gè)孤立的碳原子周圍有3個(gè)鍵（1個(gè)雙鍵，2個(gè)單鍵），而每個(gè)鍵又是2個(gè)碳原子所共有，因此棱數(shù)=化學(xué)鍵數(shù)=3n/23.單、雙鍵數(shù)的求法：4.五邊形和六邊形數(shù)目的求法：設(shè)五邊形為x個(gè)，六邊形為y個(gè)，則有：

5x/3+2y=nn+(x+y)-3n/2=2

(歐拉定理：頂點(diǎn)數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2）單鍵數(shù)+雙鍵數(shù)=總棱邊數(shù)單鍵數(shù)=2×雙鍵數(shù)足球烯C60結(jié)構(gòu)如足球（如圖所示），則C60中有六邊形，個(gè)五邊形，C60分子中含有碳碳單鍵個(gè)，C60分子中含有碳碳雙鍵個(gè)201260307.分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較規(guī)律分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時(shí)需要的能量就越多，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低，實(shí)際上就是比較分子間作用力（包括范德華力和氫鍵）的大小。（1）組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，

烷烴、烯烴、炔烴