1
00:00:00,660 --> 00:00:03,250
到目前为止 我们的化学旅程

2
00:00:03,260 --> 00:00:06,370
已经涉及到了分子之间的相互作用

3
00:00:06,380 --> 00:00:09,550
例如金属分子

4
00:00:09,570 --> 00:00:10,940
它们是如何

5
00:00:10,950 --> 00:00:13,020
通过电子海相互吸引 还有水分子之间

6
00:00:13,040 --> 00:00:15,950
但是我想 最好全面讨论一下

7
00:00:15,960 --> 00:00:18,970
所有不同种类的分子间相互作用

8
00:00:18,990 --> 00:00:20,950
以及物质沸点、

9
00:00:20,970 --> 00:00:22,730
熔点的意义

10
00:00:22,750 --> 00:00:24,500
从最弱的分子间作用力讲起吧

11
00:00:24,520 --> 00:00:25,790
假设 这里有一堆氦分子(He)

12
00:00:25,810 --> 00:00:29,880
氦气 我画成氦原子

13
00:00:29,890 --> 00:00:31,550
我们查找元素周期表

14
00:00:31,560 --> 00:00:33,870
我接下来处理氦的方法

15
00:00:33,900 --> 00:00:35,390
同样可以用于其他惰性气体

16
00:00:35,410 --> 00:00:37,650
因为惰性气体很完美

17
00:00:37,670 --> 00:00:39,540
它们的最外层电子轨道是饱和的

18
00:00:39,560 --> 00:00:41,640
再比如 氖气(Ne)或氦气(He) ――先说氖吧 事实上

19
00:00:41,650 --> 00:00:44,750
因为氖的最外层 是8电子的饱和状态

20
00:00:44,760 --> 00:00:46,380
因此我们可以这样写氖(Ne)

21
00:00:46,390 --> 00:00:49,440
十分稳定

22
00:00:49,460 --> 00:00:51,590
它完全自给自足

23
00:00:51,600 --> 00:00:57,420
因此 在一个完全自给自足的世界里

24
00:00:57,430 --> 00:00:59,650
目前没有明显的理由使分子间相互作用

25
00:00:59,670 --> 00:01:01,700
我马上就要说到一个原因

26
00:01:01,730 --> 00:01:03,490
――如果这些电子均匀地分布

27
00:01:03,510 --> 00:01:04,560
在原子的周围

28
00:01:04,570 --> 00:01:06,500
那么这些就是完全中性的原子

29
00:01:06,520 --> 00:01:07,610
它们相互之间不需要

30
00:01:07,630 --> 00:01:09,180
任何形式的结合

31
00:01:09,200 --> 00:01:11,150
所以它们本应该四处飘动

32
00:01:11,160 --> 00:01:12,260
而且它们没有理由

33
00:01:12,270 --> 00:01:13,420
相互吸引

34
00:01:13,430 --> 00:01:14,620
或者相互排斥

35
00:01:14,640 --> 00:01:16,460
但是 事实是

36
00:01:16,480 --> 00:01:18,120
如果足够冷

37
00:01:18,140 --> 00:01:19,570
氖气的确是液体

38
00:01:19,590 --> 00:01:21,670
那么氖气有液态这个事实

39
00:01:21,690 --> 00:01:24,990
说明分子之间一定存在某种作用力

40
00:01:25,000 --> 00:01:29,550
使氖原子之间相互吸引

41
00:01:29,570 --> 00:01:31,360
一定有某种力

42
00:01:31,390 --> 00:01:32,680
由于温度极低

43
00:01:32,700 --> 00:01:33,720
在很大程度上

44
00:01:33,740 --> 00:01:35,490
它们之间的力不是很大

45
00:01:35,510 --> 00:01:37,240
因此在普通温度下氖为气体

46
00:01:37,260 --> 00:01:38,650
但如果温度降到极低

47
00:01:38,670 --> 00:01:40,670
你可以看到一个非常弱的力

48
00:01:40,700 --> 00:01:41,910
开始连结氖原子

49
00:01:41,920 --> 00:01:44,080
或者说使得氖原子想要

50
00:01:44,090 --> 00:01:45,600
相互接近

51
00:01:45,610 --> 00:01:48,670
从我们刚刚说的现象中

52
00:01:48,700 --> 00:01:50,010
提到的力

53
00:01:50,030 --> 00:01:53,350
说明电子不是在固定的

54
00:01:53,360 --> 00:01:54,940
单一的轨道上运动的

55
00:01:54,950 --> 00:01:56,290
它们是概率性的

56
00:01:56,300 --> 00:01:59,260
我们可以想象一下 比如说氖气

57
00:01:59,260 --> 00:02:00,270
这次就不画

58
00:02:00,280 --> 00:02:04,000
漂亮整齐的价电子点点

59
00:02:04,020 --> 00:02:07,250
而可以这样画电子

60
00:02:07,270 --> 00:02:09,140
它是一个概率云

61
00:02:09,160 --> 00:02:12,340
这就是氖原子的结构

62
00:02:12,360 --> 00:02:18,860
1s2 然后外层电子排布是 2s2 2p6 对嘛？

63
00:02:18,880 --> 00:02:20,060
所以这是能量最高的电子

64
00:02:20,080 --> 00:02:21,830
所以 看起来… 我也不很清楚

65
00:02:21,830 --> 00:02:24,470
它有个2s层

66
00:02:24,480 --> 00:02:26,160
1s层在2s的里面

67
00:02:26,170 --> 00:02:27,820
它还有p轨道

68
00:02:27,830 --> 00:02:31,970
p轨道从不同的角度看像这样

69
00:02:31,980 --> 00:02:33,210
这不是重点

70
00:02:33,230 --> 00:02:34,600
这里还有另一个氖原子

71
00:02:34,620 --> 00:02:36,130
这些是――

72
00:02:36,150 --> 00:02:38,720
我只画出了概率的分布

73
00:02:38,740 --> 00:02:40,210
看好了我可不是在画兔子哦

74
00:02:40,230 --> 00:02:42,110
但是我觉得你应该已经懂了

75
00:02:42,120 --> 00:02:46,190
如果你想要了解更多

76
00:02:46,200 --> 00:02:47,560
请看电子构型的视频

77
00:02:47,580 --> 00:02:50,280
电子概率分布的意思

78
00:02:50,300 --> 00:02:52,620
就是这些电子可以在任何地方出现

79
00:02:52,640 --> 00:02:54,780
可能有某个瞬间

80
00:02:54,790 --> 00:02:55,930
所有的电子都在这里

81
00:02:55,960 --> 00:02:57,050
也可能某个瞬间

82
00:02:57,060 --> 00:02:58,110
所有的电子都在这里

83
00:02:58,130 --> 00:02:59,340
氖原子也一样

84
00:02:59,360 --> 00:03:00,620
如果你仔细想想

85
00:03:00,630 --> 00:03:02,410
在所有可能的构型中

86
00:03:02,420 --> 00:03:04,260
比如这两个氖原子

87
00:03:04,280 --> 00:03:06,860
电子在他们之间

88
00:03:06,890 --> 00:03:09,360
均匀分布的几率是十分小的

89
00:03:09,390 --> 00:03:12,930
更多的情况是

90
00:03:12,950 --> 00:03:14,120
每个氖原子周围的电子分布

91
00:03:14,130 --> 00:03:16,500
会稍微有所不同

92
00:03:16,510 --> 00:03:17,880
因此 如果这个氖原子

93
00:03:17,900 --> 00:03:20,790
最外层的8个价电子

94
00:03:20,800 --> 00:03:23,490
可能刚好是…

95
00:03:23,520 --> 00:03:27,620
1 2 3… 7 8

96
00:03:27,640 --> 00:03:29,520
这个氖原子是怎样的呢？

97
00:03:29,540 --> 00:03:33,200
它这时在这个方向有微弱的电荷 是不是

98
00:03:33,220 --> 00:03:36,970
看起来这一侧比这一侧有更多负电

99
00:03:36,980 --> 00:03:38,900
或者说 这一侧比那一侧有更多正电

100
00:03:38,910 --> 00:03:43,820
类似的 如果与此同时

101
00:03:43,820 --> 00:03:45,180
另一个氖原子

102
00:03:45,190 --> 00:03:49,390
有1 2 3… 8

103
00:03:49,420 --> 00:03:51,770
相似地 事实上 我来画一个不一样的

104
00:03:51,780 --> 00:03:55,530
比如说这个氖原子是这样的

105
00:03:55,560 --> 00:04:00,640
1 2 3… 7 8

106
00:04:00,660 --> 00:04:03,980
这里 我们用一个深色来表示

107
00:04:04,000 --> 00:04:05,540
因为这是一个非常弱的作用力

108
00:04:05,550 --> 00:04:06,840
所以 这边会有微弱的负电

109
00:04:06,860 --> 00:04:09,050
瞬时的 仅仅在那一刻存在

110
00:04:09,060 --> 00:04:11,200
这里稍微带有负电

111
00:04:11,210 --> 00:04:12,270
那里稍带正电

112
00:04:12,280 --> 00:04:14,250
这边是负的

113
00:04:14,260 --> 00:04:15,950
这边是正的

114
00:04:15,960 --> 00:04:18,160
所以 这有一点点的相互吸引力

115
00:04:18,170 --> 00:04:20,910
在那短短一瞬间

116
00:04:20,930 --> 00:04:22,290
吸引着这个氖原子和这个氖原子

117
00:04:22,310 --> 00:04:23,310
然后它会消失

118
00:04:23,330 --> 00:04:25,350
因为电子会重新排布

119
00:04:25,360 --> 00:04:27,320
但重要的是要知道

120
00:04:27,340 --> 00:04:30,990
几乎没有氖原子的电子

121
00:04:31,020 --> 00:04:32,240
是完全均匀分散的

122
00:04:32,260 --> 00:04:33,590
那么因为一定有

123
00:04:33,610 --> 00:04:35,150
这种偶然的分布情况

124
00:04:35,160 --> 00:04:36,570
那么就一定有

125
00:04:36,590 --> 00:04:39,160
一点点的…

126
00:04:39,170 --> 00:04:40,740
我不想说这是极性

127
00:04:40,760 --> 00:04:42,430
因为这个词感觉太强了

128
00:04:42,440 --> 00:04:44,120
但是 它们一定会有

129
00:04:44,140 --> 00:04:45,730
一点点额外的电荷

130
00:04:45,750 --> 00:04:47,270
有时在原子这边 有时在另一边

131
00:04:47,280 --> 00:04:48,870
这样 它就可以和另一个

132
00:04:48,880 --> 00:04:50,110
同样电子分布不均匀的原子的

133
00:04:50,120 --> 00:04:52,780
相反电极相吸引

134
00:04:52,790 --> 00:04:55,620
这是一个非常 非常非常弱的力

135
00:04:55,640 --> 00:04:58,160
这种力叫做 伦敦色散力

136
00:04:58,170 --> 00:05:00,710
我想应该是这家伙提出的

137
00:05:00,720 --> 00:05:02,540
Fritz London 他既不是…

138
00:05:02,550 --> 00:05:04,780
不对 他不是英国人

139
00:05:04,810 --> 00:05:06,530
我觉得他应该是德裔美国人。

140
00:05:06,540 --> 00:05:09,990
伦敦色散力

141
00:05:10,000 --> 00:05:18,600
是范德华力当中最弱的

142
00:05:18,620 --> 00:05:20,650
我想我的读音好像不太对

143
00:05:20,660 --> 00:05:22,520
范德华力

144
00:05:22,540 --> 00:05:24,860
分子间作用力的一种

145
00:05:24,880 --> 00:05:27,640
那么 对于氖――氖分子 就是一个原子

146
00:05:27,650 --> 00:05:29,090
氖分子是一个单原子分子

147
00:05:29,100 --> 00:05:30,180
我想你可能会这样说

148
00:05:30,190 --> 00:05:31,810
而范德华力

149
00:05:31,840 --> 00:05:33,750
是泛指一大类分子间作用力

150
00:05:33,760 --> 00:05:35,710
而非共价键

151
00:05:35,720 --> 00:05:38,390
也不类似盐中的离子键

152
00:05:38,400 --> 00:05:39,500
我们稍后会讲到这些键

153
00:05:39,520 --> 00:05:40,590
其中最弱的

154
00:05:40,600 --> 00:05:42,020
就是伦敦色散力

155
00:05:42,030 --> 00:05:44,380
所以氖气 还有这些稀有气体

156
00:05:44,400 --> 00:05:46,780
实际上 这里所有的稀有气体

157
00:05:46,800 --> 00:05:48,360
它们之间唯一的作用力

158
00:05:48,390 --> 00:05:50,410
就是伦敦色散力

159
00:05:50,430 --> 00:05:52,020
也就是所有分子间作用力中

160
00:05:52,040 --> 00:05:53,550
最弱的一种

161
00:05:53,570 --> 00:05:55,070
正因为这个

162
00:05:55,080 --> 00:05:56,750
只要非常小的能量

163
00:05:56,760 --> 00:05:59,300
就可以将他们变成气态

164
00:05:59,340 --> 00:06:01,380
因此 在非常非常低的温度下

165
00:06:01,400 --> 00:06:07,350
稀有气体就可以变成气态

166
00:06:07,370 --> 00:06:09,540
这就是他们被称作 惰性气体的首要原因

167
00:06:09,560 --> 00:06:13,990
它们的性质非常类似于理想气体

168
00:06:14,010 --> 00:06:15,180
因为它们之间的引力极小

169
00:06:15,210 --> 00:06:16,980
因为它们之间的引力极小

170
00:06:16,990 --> 00:06:18,510
好啦

171
00:06:18,520 --> 00:06:20,710
现在 如果分子间的

172
00:06:20,730 --> 00:06:23,880
引力更大一些

173
00:06:23,910 --> 00:06:25,370
或者稍带极性会怎么样？

174
00:06:25,380 --> 00:06:27,180
例如氯化氢(HCl) 对嘛？

175
00:06:27,210 --> 00:06:30,190
氢原子(H) 它有时候吸电子

176
00:06:30,200 --> 00:06:31,920
有时候失电子

177
00:06:31,940 --> 00:06:34,090
但是氯原子想要吸电子

178
00:06:34,100 --> 00:06:36,810
氯原子的电负性非常强

179
00:06:36,830 --> 00:06:39,720
它只比这些原子的电负性弱

180
00:06:39,740 --> 00:06:42,530
这些元素都是超级电子狂

181
00:06:42,550 --> 00:06:44,830
氮(N) 氧(O) 和氟(F)

182
00:06:44,840 --> 00:06:47,510
但是氯的电负性已经很强了

183
00:06:47,520 --> 00:06:49,700
如果氯化氢(HCl)…

184
00:06:49,710 --> 00:06:52,910
所以 这边是氯原子

185
00:06:52,940 --> 00:06:55,790
它最外层有7个电子

186
00:06:55,800 --> 00:06:59,220
然后它和氢原子共享一个电子

187
00:06:59,230 --> 00:07:02,150
它和氢原子共享一个电子

188
00:07:02,170 --> 00:07:03,230
我这样画

189
00:07:03,240 --> 00:07:05,010
因为氯比氢

190
00:07:05,030 --> 00:07:06,070
电负性强很多

191
00:07:06,110 --> 00:07:08,670
因此电子出现在这里的概率比较大

192
00:07:08,680 --> 00:07:10,600
所以 我们会得到

193
00:07:10,610 --> 00:07:13,300
一个这边带局部负电荷的分子

194
00:07:13,310 --> 00:07:14,570
就在吸电子狂的这一边

195
00:07:14,590 --> 00:07:16,170
另一边带有局部正电荷

196
00:07:16,190 --> 00:07:18,090
这个实际上

197
00:07:18,120 --> 00:07:19,560
非常类似于氢键

198
00:07:19,590 --> 00:07:22,760
其实氢键就是这一类的键

199
00:07:22,770 --> 00:07:24,230
也可以被叫做偶极键

200
00:07:24,260 --> 00:07:26,250
或者说是取向作用\N【译者注：极性分子间偶极相互作用称为取向作用】

201
00:07:26,270 --> 00:07:27,880
假设有一个那样的氯原子

202
00:07:27,900 --> 00:07:29,770
这里还有另外一个氯原子

203
00:07:29,790 --> 00:07:32,780
另外一个氯原子是这样子的

204
00:07:32,790 --> 00:07:35,570
如果另外一个氯原子…

205
00:07:35,590 --> 00:07:37,710
我复制粘贴过来

206
00:07:37,740 --> 00:07:39,300
就在这里

207
00:07:39,310 --> 00:07:42,620
然后它们之间就会有引力

208
00:07:42,630 --> 00:07:45,630
你就会看到

209
00:07:45,640 --> 00:07:47,720
两个氯原子之间的引力

210
00:07:47,750 --> 00:07:49,210
哦 不对 是这两个

211
00:07:49,230 --> 00:07:51,650
氯化氢分子之间的引力

212
00:07:51,670 --> 00:07:53,330
正极

213
00:07:53,340 --> 00:07:57,240
偶极中的正极

214
00:07:57,250 --> 00:07:58,260
接近氢原子

215
00:07:58,270 --> 00:07:59,860
因为电子稍微远离氢原子

216
00:07:59,870 --> 00:08:02,270
氢原子会被另一个氯化氢分子的

217
00:08:02,270 --> 00:08:03,790
氯原子所吸引

218
00:08:03,820 --> 00:08:06,350
而因为这个的范德华力

219
00:08:06,380 --> 00:08:08,270
这个取向作用

220
00:08:08,280 --> 00:08:11,850
比色散力更强一些

221
00:08:11,860 --> 00:08:12,890
说的更清楚一些

222
00:08:12,900 --> 00:08:14,000
所有的分子间作用力中

223
00:08:14,020 --> 00:08:16,080
都有伦敦色散力

224
00:08:16,090 --> 00:08:17,780
只是和其他的力相比

225
00:08:17,800 --> 00:08:19,460
它非常弱

226
00:08:19,470 --> 00:08:20,750
仅仅当我们研究惰性气体的时候

227
00:08:20,770 --> 00:08:23,600
色散力才比较明显

228
00:08:23,610 --> 00:08:26,260
即使这里 这也是色散力

229
00:08:26,270 --> 00:08:28,250
因为这也仅仅是

230
00:08:28,260 --> 00:08:29,840
由瞬时电子排布的不均匀

231
00:08:29,860 --> 00:08:31,420
而产生的

232
00:08:31,430 --> 00:08:33,880
但是这个取向作用强烈多了

233
00:08:33,900 --> 00:08:35,510
因为这作用力更强

234
00:08:35,520 --> 00:08:37,930
氯化氢(HCl)...

235
00:08:37,950 --> 00:08:39,340
就以氦气为例吧

236
00:08:39,360 --> 00:08:41,080
氯化氢需要比氦气更多的能量

237
00:08:41,090 --> 00:08:43,670
才会变成液态

238
00:08:43,690 --> 00:08:47,010
还需要甚至更多的能量 才能转变成气态

239
00:08:47,020 --> 00:08:49,590
现在 如果电负性增强

240
00:08:49,610 --> 00:08:51,060
也就是这原子的电负性变大

241
00:08:51,070 --> 00:08:53,990
当你在研究氮(N) 氧(O) 或者氟(F)

242
00:08:54,020 --> 00:08:55,920
你就会发现一个特殊的

243
00:08:55,950 --> 00:08:57,580
取向作用

244
00:08:57,590 --> 00:08:59,660
那就是氢键

245
00:08:59,680 --> 00:09:02,920
如果你研究的是氢氟酸(HF或HFl)

246
00:09:02,940 --> 00:09:06,720
就和上述情况差不多

247
00:09:06,740 --> 00:09:11,760
这里有一堆氢氟酸

248
00:09:11,770 --> 00:09:14,290
我可以这样写 氟(Fl)

249
00:09:14,310 --> 00:09:17,390
然后 在这里写一个氢氟酸

250
00:09:17,400 --> 00:09:19,340
氟是电负性极强的

251
00:09:19,350 --> 00:09:22,760
它是元素周期表中

252
00:09:22,770 --> 00:09:24,310
三个电负性最强的原子之一

253
00:09:24,320 --> 00:09:29,490
因此它几乎吸走全部电子

254
00:09:29,500 --> 00:09:33,510
所以这个是偶极间作用

255
00:09:33,530 --> 00:09:35,980
非常强的情况

256
00:09:36,000 --> 00:09:38,310
就在这里 所有的电子

257
00:09:38,320 --> 00:09:39,850
都会被氟原子吸收到它周围

258
00:09:39,870 --> 00:09:40,960
所以 这里就会

259
00:09:40,970 --> 00:09:42,000
带部分正电荷

260
00:09:42,010 --> 00:09:43,420
部分正电荷 部分负电荷……

261
00:09:43,440 --> 00:09:49,360
【译者注：错误更正】\NHF中F一端带部分负电荷\N而H一端带部分正电荷

262
00:09:49,380 --> 00:09:50,440
所以就会得到这个

263
00:09:50,460 --> 00:09:53,530
真正的取向作用

264
00:09:53,550 --> 00:09:55,760
但是这是一个非常强的取向力

265
00:09:55,770 --> 00:09:57,080
所以人们把它叫做氢键

266
00:09:57,100 --> 00:09:58,930
它是由氢原子和一个

267
00:09:58,940 --> 00:10:01,050
电负性非常强的原子组成的

268
00:10:01,070 --> 00:10:02,680
其中这个电负性强的原子

269
00:10:02,700 --> 00:10:04,460
几乎把氢原子的

270
00:10:04,470 --> 00:10:05,790
电子都吸收在它那一侧

271
00:10:05,810 --> 00:10:07,700
所以 这里氢仅仅是一个质子而已

272
00:10:07,710 --> 00:10:09,120
所以它带有很彻底的正电荷

273
00:10:09,140 --> 00:10:10,370
因此它就被吸引到

274
00:10:10,390 --> 00:10:12,380
分子中负电荷所在的那一侧

275
00:10:12,390 --> 00:10:13,560
但是氢原子…

276
00:10:13,570 --> 00:10:15,900
这些都是范德华力

277
00:10:15,910 --> 00:10:19,150
范德华力中 最弱的就是色散力

278
00:10:19,170 --> 00:10:21,810
如果一个分子中

279
00:10:21,820 --> 00:10:24,790
有个电负性较强的原子

280
00:10:24,810 --> 00:10:26,500
这时就产生了偶极

281
00:10:26,510 --> 00:10:29,670
分子的两侧变成偶极

282
00:10:29,690 --> 00:10:32,160
所以就有了

283
00:10:32,170 --> 00:10:35,680
这里就有一个取向力

284
00:10:35,690 --> 00:10:37,980
而更加强烈的键

285
00:10:38,000 --> 00:10:39,120
就是氢键

286
00:10:39,130 --> 00:10:41,870
因为具有超强电负性的原子

287
00:10:41,890 --> 00:10:43,220
实际上是在剥夺

288
00:10:43,240 --> 00:10:44,890
氢原子的电子

289
00:10:44,910 --> 00:10:46,090
或者说几乎夺走了它

290
00:10:46,100 --> 00:10:47,120
但是它仍然是共用的

291
00:10:47,140 --> 00:10:49,460
不过它完全偏向分子的一侧

292
00:10:49,480 --> 00:10:52,190
由于这个分子间作用力更加强烈

293
00:10:52,210 --> 00:10:53,860
分子的沸点就会更高

294
00:10:53,870 --> 00:10:56,900
因此色散力…

295
00:10:56,910 --> 00:11:00,970
偶极键 或者取向力

296
00:11:00,980 --> 00:11:04,400
然后还有氢键

297
00:11:04,420 --> 00:11:08,230
这些都是范德华力\N【译者注：中文教材中，氢键不属于范德华力】

298
00:11:08,240 --> 00:11:10,250
但是由于分子间作用力的增强

299
00:11:10,260 --> 00:11:12,100
但是由于分子间作用力的增强

300
00:11:12,110 --> 00:11:16,350
沸点就会随之升高

301
00:11:16,360 --> 00:11:18,520
因为分开这些分子

302
00:11:18,530 --> 00:11:20,930
需要越来越多的能量

303
00:11:20,940 --> 00:11:23,060
在下一个视频课程中 我发现好像没有时间了

304
00:11:23,070 --> 00:11:25,490
所以我觉得 最好还是

305
00:11:25,500 --> 00:11:26,670
提及一下不同种类的

306
00:11:26,680 --> 00:11:27,800
分子间作用力

307
00:11:27,810 --> 00:11:29,870
它们不一定是共价键或者离子键

308
00:11:29,880 --> 00:11:31,010
在下一个视频课程里

309
00:11:31,020 --> 00:11:33,700
我会讲一些可以形成

310
00:11:33,730 --> 00:11:35,050
共价键和离子键的结构

311
00:11:35,070 --> 00:11:37,710
以及它们怎样影响沸点