在上節(jié)中我們看到液體蒸氣壓的不同與液體分子間引力的不同有關。所有分子彼此之間都有引力。這些引力的本性是什么呢?為什么不同物質分子間的引力大小不同呢?
曾已指出,正電荷中心和負電荷中心不相重合的分子是極性分子。它們具有偶極矩。在HC1分子中,由于氯和氫相比有較大的電負性,在氯原子上有部分負電荷和在氫原子上有部分正電荷;所以HC1分子有永久偶極矩。一個HCl分子的正電端對另一個H且C1分子的負電端的靜電引力所構成的吸引力使HC1和同分子量的非極性分子相比有較高的沸點。
非極性分子和極性分子一樣都有的一種額外的分子間引力是范德華引カ,它來源于一個分子的核(正電性)對一個相鄰
分子的電子云(負電性)的靜電引力(圖11-5)。因為這種力,圖中A分子圖11-5上圖說明由于分子中幾乎是的電子分布可以在瞬時內變成為不對稱的并集中在分子的一側。在這個瞬時內分子中產生了臨時偶極。同樣,在這同一瞬間B分子的核吸向A分子的負電端和它的負電端遠離A分子的負電端,使B分子發(fā)生了變形,在一個分子的核和另一個分子的電子云之間產生了相互吸引。同時也發(fā)生了兩個核之間以及電子云中兩個負電中心之間的互相排斥作用。由于電子不斷的運動造成位移以至在下一瞬間分子中負電荷的集中又偏移到另一邊。這對另一個分子中的電荷分布產生相應的影響導致在兩個分子內產生兩個新的方向相反的偶極。這些幾乎是瞬時變換的偶極導致了分子之間
的吸引。
范德華引力是很弱的,只有在分子彼此靠近時,即幾乎彼此相接觸時才能起作用。范德華引力同下面的因素是相對抗的:(1)相鄰分子電子云的排斥力和(2)相鄰原子的核之間的互相排斥。不過吸引力要比排斥力強些。
范德華引カ的大小隨著每個分子中電子數(shù)的增加而變大,因此也隨著分子量的増加而變大。分子間引力隨分子量而增加的事實反映在有關物質系列如He、Ne、Ar、Kr、Xe、Ru以及F2、Cy、Br2,I2(看表11-2)的沸點依次升高。
作用于分子間的范德華引力的有效性隨溫度的升高而降低,因為外加的熱能增強了分子的運動,因而克服了范徳華引力。換句話說,在較高溫度下的動能大于范德華力的吸引能。
在溫度足夠低時,由于范德華力的作用使物質如惰性氣體和單質鹵素能夠凝聚成液體和凍結成固體。
一般而言,由沒有永久偶極矩的獨立分子所組成的液體,相應于其分子量來說它的沸點是比較低的,因為在蒸發(fā)過程中只要克服很微弱的范徳華引力。在這類分子中,正電荷中心和負電荷中心是重合的。實例有如惰性氣體和鹵素分子以及其它對稱性分子如CH4、SiH4、CF4、SiF4SFs和UF6等。具有永久偶極矩的分子型物質H2O、HF和C2H5OH(乙醇)等相對于它們的分子量來說則有頗高的沸點。
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