第2章

微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)

第4節(jié)

分子間作用力下雪不冷，化雪冷。

思考：1.冰山融化現(xiàn)象是物理變化還是化學(xué)變化？2.冰山融化過程中有沒有破壞其中的化學(xué)鍵？3.化雪時為什么會更冷吶？1.認(rèn)識物質(zhì)是由原子、離子、分子等微粒構(gòu)成的，分子間存在著相互作用，知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力。2.了解分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵在自然界中的廣泛存在及重要作用。1.能說明分子間作用力（包含氫鍵）的特征以及其實質(zhì)，能比較范德華力和氫鍵的區(qū)別。（宏觀辨識與微觀探析）2.能說明分子間作用力（包含氫鍵）對物質(zhì)熔沸點等性質(zhì)的影響。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）3.能舉例說明氫鍵對于生命的重要意義。（科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任）

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你曾觀察過電解水的實驗，對水的三態(tài)變化也很熟悉。通過對這兩種變化過程及條件的比較，你對水中微粒間的相互作用有了什么新的認(rèn)識?

電解水以及物質(zhì)三態(tài)之間的轉(zhuǎn)化都伴隨著能量變化。這說明：分子間也存在著相互作用力。分子間存在多種相互作用，統(tǒng)稱為分子間作用力，它是一種弱相互作用，常見的有兩種：范德華力和氫鍵。一、范德華力與物質(zhì)性質(zhì)⑴定義：物質(zhì)分子間的普遍存在的作用力，使物質(zhì)能以一定的凝聚態(tài)(固態(tài)或液態(tài))存在。1、范德華力電性作用。⑵范德華力的實質(zhì)：⑶特征：①范德華力的作用通常比化學(xué)鍵的鍵能小得多；②無方向性，無飽和性；③范德華力是一種短程力，氣體分子間的作用可忽略不計。拓展視野范德華力概念的提出

為了研究氣體分子的運動規(guī)律，科學(xué)家提出了一種理想氣體模型，假設(shè)氣體分子不具有體積，并且氣體分子之間不存在相互作用。根據(jù)這種模型提出的理想氣體方程對氣體分子運動規(guī)律的描述與實驗事實出現(xiàn)了偏差。荷蘭物理學(xué)家范德華（J.vanderWaals）修正了關(guān)于氣體分子運動的以上假設(shè)，指出氣體分子本身具有體積，并且分子間存在引力。由此，范德華提出了描述實際氣體行為的范德華氣態(tài)方程，根據(jù)這個方程計算的結(jié)果與實驗事實十分吻合。由于是范德華首次將分子間作用力的概念引入氣態(tài)方程，人們便將分子間相互作用力稱為范德華力。范德華力的成因

極性分子相互靠近時，一個分子的正電荷端與另一個分子的負(fù)電荷端相互吸引，這種靜電吸引力稱為取向力。分子極性越強(qiáng)，取向力就越大。拓展視野

一個分子受到極性分子的誘導(dǎo)作用，導(dǎo)致正電荷重心與負(fù)電荷重心不重合或距離加大，進(jìn)而使兩種分子之間產(chǎn)生吸引力或吸引力增強(qiáng)，這種吸引力稱為誘導(dǎo)力。由于原子核和電子總是在不停地運動，因此即使對非極性分子來說，其正電荷重心與負(fù)電荷重心也會發(fā)生瞬間不重合。當(dāng)分子相互靠近時，分子之間會產(chǎn)生靜電吸引力，這種靜電吸引力叫作色散力。分子越大，分子內(nèi)的電子越多，分子越容易變形，色散力就越大。除了極性特別強(qiáng)的極性分子間的范德華力以取向力為主以外，其他分子間的范德華力往往以色散力為主。拓展視野2、范德華力與物質(zhì)性質(zhì)

范德華力主要影響物理性質(zhì)，如熔點、沸點、物質(zhì)的溶解性等。范德華力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔沸點越高。

一般規(guī)律：一般來說，分子結(jié)構(gòu)和組成相似的物質(zhì)，隨相對分子質(zhì)量的增加，范德華力逐漸增強(qiáng)，物質(zhì)的熔、沸點逐漸升高。例如，鹵素單質(zhì)的熔點、沸點數(shù)據(jù)如下表所示單質(zhì)熔點/℃沸點/℃F2－219.6－188.1Cl2－101.5－34.04Br2－7.2558.8I2113.6185.2(1)分析上表，總結(jié)鹵素單質(zhì)熔點、沸點有什么變化規(guī)律？鹵素單質(zhì)的熔點、沸點隨著相對分子質(zhì)量的增大而升高。(2)怎樣解釋鹵素單質(zhì)熔點、沸點的變化規(guī)律？

由分子構(gòu)成的物質(zhì)的沸點取決于分子間作用力的大小，隨著相對分子質(zhì)量的增大，它們分子間的作用力逐漸增大，沸點逐漸升高。單質(zhì)熔點/℃沸點/℃F2－219.6－188.1Cl2－101.5－34.04Br2－7.2558.8I2113.6185.2二、氫鍵與物質(zhì)性質(zhì)聯(lián)想?質(zhì)疑

你注意到我們每天都離不開的水有什么反常之處嗎？物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時，通常是體積變小，但水結(jié)冰后體積卻變大，如果是在密閉容器里的水結(jié)成冰，甚至可能將容器撐破。另外，在氧族元素的氫化物中，常溫、常壓下硫化氫（H2S）、硒化氫（H2Se）、碲化氫（H2Te）都是氣體，只有水以液態(tài)存在。按照一般規(guī)律，水的沸點應(yīng)該低于硫化氫的沸點，但事實卻相反（圖2-4-4）。這是為什么？

水的熔點和沸點的反?，F(xiàn)象以及水分子和冰晶體的性質(zhì)使人們推想，水分子之間除了范德華力以外還存在其他作用力，正是這種作用力，使得水分子之間的相互吸引作用變得更強(qiáng)，造成水的熔點和沸點的反?，F(xiàn)象。人們計算出水分子之間的范德華力，發(fā)現(xiàn)它大約只占冰中水分子作用力測定值的1/6。為了解釋這些事實，科學(xué)家提出了氫鍵的概念。1.什么是氫鍵（1）氫鍵的概念：

當(dāng)氫原子與電負(fù)性大的原子X以共價鍵結(jié)合時，氫原子與另一個電負(fù)性大的原子Y之間的靜電作用。（2）氫鍵的實質(zhì)：靜電作用。每個水分子最多可與四個水分子形成四個氫鍵（3）氫鍵的表示形式：通常用X—H…Y表示氫鍵，其中X—H表示氫原子和X原子以共價鍵相結(jié)合。（4）氫鍵的特征：具有方向性和飽和性。2.氫鍵形成的條件(1)在X—H…Y中，氫原子兩邊的X原子和Y原子所屬元素具有較大的電負(fù)性和較小的原子半徑。一般是氮原子、氧原子和氟原子。(2)氫原子位于X原子和Y原子之間且X原子和Y原子具有強(qiáng)烈吸引電子的作用。

當(dāng)X原子和Y原子是位于元素周期表的右上角元素的原子時，更容易形成氫鍵，如氮原子、氧原子和氟原子等?；瘜W(xué)與生命DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的氫鍵

DNA分子有兩條鏈，鏈內(nèi)原子之間以很強(qiáng)的共價鍵結(jié)合，鏈之間則是兩條鏈上的堿基以氫鍵為主要的相互作用維系在一起（圖2-4-7），兩條鏈在許多的氫鍵及其他相互作用下形成獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是遺傳基因復(fù)制機(jī)理的化學(xué)基礎(chǔ)。3.氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)當(dāng)形成分子間氫鍵時，物質(zhì)的熔、沸點將升高。分子內(nèi)氫鍵分子間氫鍵-150-125-100-75-50-2502550751002345××××CH4SiH4GeH4SnH4NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te沸點/℃周期如圖：一些氫化物的沸點思考：

一般：同一主族非金屬氫化物，從上到下，Mr逐漸增大，熔沸點應(yīng)逐漸升高．而HF、H2O、NH3的沸點卻出現(xiàn)反常的高，為什么？

說明在HF、H2O、NH3分子間還存在除范德華力之外的其他分子間作用力—氫鍵。(2)氫鍵也影響物質(zhì)的電離、溶解等過程。

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。例如，氨氣極易溶于水，溶解度約為1：700；乙醇能與水任意比互溶。追根尋源為什么水呈現(xiàn)出獨特的物理性質(zhì)

水分子之間存在著氫鍵，使水的沸點比硫化氫的沸點高出139℃，導(dǎo)致在通常狀況下水為液態(tài)，地球上因此有了生命。冰中的水分子之間最大程度地形成氫鍵。由于氫鍵有方向性，每個水分子的兩對孤對電子和兩個氫原子只能沿著四個sp3雜化軌道的方向分別與相鄰水分子形成氫鍵，因此每個水分子只能與周圍四個水分子接觸。水分子之間形成的孔穴造成冰晶體的微觀空間存在空隙，反映在宏觀性質(zhì)上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的這一獨特結(jié)構(gòu)，使冰可以浮在水面上，從而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰層下的水中存活。追根尋源

冰中每個氫原子分享到一個氫鍵，折合每摩爾冰有2NA個氫鍵（NA為阿伏加德羅常數(shù)）。

冰中氫鍵的作用能為18.8kJ·mol-1，而冰的熔化熱只有5.0kJ·mol-1。當(dāng)在0℃冰融化成水時，即使熔化熱全部用于破壞氫鍵，也只能使大約13%的氫鍵遭到破壞，水中仍存在著許多由氫鍵作用而形成的小集團(tuán)（H2O)n。溫度升高使冰融化為水的過程，實際上包括兩種過程∶水分子間的氫鍵減少，使水的密度變大，水分子的熱運動即熱膨脹作用使水的密度減小。隨著溫度升高，前一過程的作用由強(qiáng)變?nèi)?，后一過程的作用由弱變強(qiáng)，在4℃時兩種作用達(dá)到平衡。所以，當(dāng)溫度升高時，由0℃到4℃時水的密度逐漸增大，4℃時水的密度達(dá)到最大，4℃后水的密度變小。追根尋源羊毛織品水洗后為什么會變形

大家知道，羊毛織品水洗后會變形，這是什么原因呢?羊毛纖維是蛋白質(zhì)構(gòu)成的，蛋白質(zhì)上的氨基和羰基可能會形成氫鍵。羊毛在浸水和干燥的過程中，會在這些氫鍵處納入水和去除水，而且其變化往往是不可逆的，從而改變了原先蛋白質(zhì)的構(gòu)造，即原先的氫鍵部位可能發(fā)生移動，由此引起羊毛織品變形。范德華力、氫鍵的比較

概念范德華力氫鍵定義物質(zhì)分子之間普遍存在的一種作用力

作用微粒分子

特征無方向性和飽和性強(qiáng)度

已經(jīng)與電負(fù)性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負(fù)性很大的原子之間的靜電作用H與N、O、F有方向性和飽和性氫鍵>范德華力

概念

范德華力

氫鍵影響強(qiáng)度的因素①隨分子極性的增大而增大②分子組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大對物質(zhì)性質(zhì)的影響①影響物質(zhì)的熔點、沸點、溶解度等物理性質(zhì)②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),隨相對分子質(zhì)量的增大,物質(zhì)的熔、沸點升高,如CF4<CCl4<CBr4

對于X—H…Y,X、Y的電負(fù)性越大,Y原子的半徑越小,作用越強(qiáng)①分子間氫鍵的存在,使物質(zhì)的熔、沸點升高,在水中的溶解度增大。如熔、沸點:H2O>H2S②分子內(nèi)氫鍵降低物質(zhì)的熔、沸點分子間作用力范德華力氫鍵概念實質(zhì)特征作用1.下列關(guān)于氫鍵的說法正確的是(

)A.由于氫鍵的作用,使NH3、H2O、HF的沸點高于同主族其他元素氣態(tài)氫化物的沸點B.氫鍵只能存在于分子間,不能存在于分子內(nèi)C.根據(jù)氫鍵鍵能的大小可知,沸點高低順序為HF>H2O>NH3D.相同量的水在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)時均有氫鍵,且氫鍵的數(shù)目依次增多A2.下列說法錯誤的是(

)A.鹵化氫中,以HF沸點最高,是由于HF分子間可以形成氫鍵B.鄰羥基苯甲醛的熔、沸點比對羥基苯甲醛的熔、沸點低C.H2O的沸點比HF的沸點高,是由于水分子間形成的氫鍵鍵能大D.氨氣極易溶于水與氨氣分子和水分子之間可以形成氫鍵有關(guān)C3．下列關(guān)于范德華力影響物質(zhì)性質(zhì)的敘述中，正確的是(

)A．范德華力是決定由分子構(gòu)成的物質(zhì)的熔、沸點高低的唯一因素B．范德華力與物質(zhì)的性質(zhì)沒有必然的聯(lián)系C．范德華力能夠影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)D．范德華力僅影響物質(zhì)的部分物理性質(zhì)D4.下列物質(zhì)的變化中,破壞的主要是范德華力的是(

)A.碘單質(zhì)的升華B.NaCl溶于水C.將冰加熱變?yōu)橐簯B(tài)D.NH4Cl受熱分解A5．下列關(guān)于范德華力的敘述中，正確的是(

)A．范德華力是化學(xué)鍵B．范德華力與化學(xué)鍵的強(qiáng)弱相同C．范德華力實質(zhì)是一種靜電引力D．范德華力非常微弱，故