到目前为止 我们的化学旅程
已经涉及到了分子之间的相互作用
例如金属分子
它们是如何
通过电子海相互吸引 还有水分子之间
但是我想 最好全面讨论一下
所有不同种类的分子间相互作用
以及物质沸点、
熔点的意义
从最弱的分子间作用力讲起吧
假设 这里有一堆氦分子(He)
氦气 我画成氦原子
我们查找元素周期表
我接下来处理氦的方法
同样可以用于其他惰性气体
因为惰性气体很完美
它们的最外层电子轨道是饱和的
再比如 氖气(Ne)或氦气(He) ――先说氖吧 事实上
因为氖的最外层 是8电子的饱和状态
因此我们可以这样写氖(Ne)
十分稳定
它完全自给自足
因此 在一个完全自给自足的世界里
目前没有明显的理由使分子间相互作用
我马上就要说到一个原因
――如果这些电子均匀地分布
在原子的周围
那么这些就是完全中性的原子
它们相互之间不需要
任何形式的结合
所以它们本应该四处飘动
而且它们没有理由
相互吸引
或者相互排斥
但是 事实是
如果足够冷
氖气的确是液体
那么氖气有液态这个事实
说明分子之间一定存在某种作用力
使氖原子之间相互吸引
一定有某种力
由于温度极低
在很大程度上
它们之间的力不是很大
因此在普通温度下氖为气体
但如果温度降到极低
你可以看到一个非常弱的力
开始连结氖原子
或者说使得氖原子想要
相互接近
从我们刚刚说的现象中
提到的力
说明电子不是在固定的
单一的轨道上运动的
它们是概率性的
我们可以想象一下 比如说氖气
这次就不画
漂亮整齐的价电子点点
而可以这样画电子
它是一个概率云
这就是氖原子的结构
1s2 然后外层电子排布是 2s2 2p6 对嘛？
所以这是能量最高的电子
所以 看起来… 我也不很清楚
它有个2s层
1s层在2s的里面
它还有p轨道
p轨道从不同的角度看像这样
这不是重点
这里还有另一个氖原子
这些是――
我只画出了概率的分布
看好了我可不是在画兔子哦
但是我觉得你应该已经懂了
如果你想要了解更多
请看电子构型的视频
电子概率分布的意思
就是这些电子可以在任何地方出现
可能有某个瞬间
所有的电子都在这里
也可能某个瞬间
所有的电子都在这里
氖原子也一样
如果你仔细想想
在所有可能的构型中
比如这两个氖原子
电子在他们之间
均匀分布的几率是十分小的
更多的情况是
每个氖原子周围的电子分布
会稍微有所不同
因此 如果这个氖原子
最外层的8个价电子
可能刚好是…
1 2 3… 7 8
这个氖原子是怎样的呢？
它这时在这个方向有微弱的电荷 是不是
看起来这一侧比这一侧有更多负电
或者说 这一侧比那一侧有更多正电
类似的 如果与此同时
另一个氖原子
有1 2 3… 8
相似地 事实上 我来画一个不一样的
比如说这个氖原子是这样的
1 2 3… 7 8
这里 我们用一个深色来表示
因为这是一个非常弱的作用力
所以 这边会有微弱的负电
瞬时的 仅仅在那一刻存在
这里稍微带有负电
那里稍带正电
这边是负的
这边是正的
所以 这有一点点的相互吸引力
在那短短一瞬间
吸引着这个氖原子和这个氖原子
然后它会消失
因为电子会重新排布
但重要的是要知道
几乎没有氖原子的电子
是完全均匀分散的
那么因为一定有
这种偶然的分布情况
那么就一定有
一点点的…
我不想说这是极性
因为这个词感觉太强了
但是 它们一定会有
一点点额外的电荷
有时在原子这边 有时在另一边
这样 它就可以和另一个
同样电子分布不均匀的原子的
相反电极相吸引
这是一个非常 非常非常弱的力
这种力叫做 伦敦色散力
我想应该是这家伙提出的
Fritz London 他既不是…
不对 他不是英国人
我觉得他应该是德裔美国人。
伦敦色散力
是范德华力当中最弱的
我想我的读音好像不太对
范德华力
分子间作用力的一种
那么 对于氖――氖分子 就是一个原子
氖分子是一个单原子分子
我想你可能会这样说
而范德华力
是泛指一大类分子间作用力
而非共价键
也不类似盐中的离子键
我们稍后会讲到这些键
其中最弱的
就是伦敦色散力
所以氖气 还有这些稀有气体
实际上 这里所有的稀有气体
它们之间唯一的作用力
就是伦敦色散力
也就是所有分子间作用力中
最弱的一种
正因为这个
只要非常小的能量
就可以将他们变成气态
因此 在非常非常低的温度下
稀有气体就可以变成气态
这就是他们被称作 惰性气体的首要原因
它们的性质非常类似于理想气体
因为它们之间的引力极小
好啦
现在 如果分子间的
引力更大一些
或者稍带极性会怎么样？
例如氯化氢(HCl) 对嘛？
氢原子(H) 它有时候吸电子
有时候失电子
但是氯原子想要吸电子
氯原子的电负性非常强
它只比这些原子的电负性弱
这些元素都是超级电子狂
氮(N) 氧(O) 和氟(F)
但是氯的电负性已经很强了
如果氯化氢(HCl)…
所以 这边是氯原子
它最外层有7个电子
然后它和氢原子共享一个电子
它和氢原子共享一个电子
我这样画
因为氯比氢
电负性强很多
因此电子出现在这里的概率比较大
所以 我们会得到
一个这边带局部负电荷的分子
就在吸电子狂的这一边
另一边带有局部正电荷
这个实际上
非常类似于氢键
其实氢键就是这一类的键
也可以被叫做偶极键
或者说是取向作用 【译者注：极性分子间偶极相互作用称为取向作用】
假设有一个那样的氯原子
这里还有另外一个氯原子
另外一个氯原子是这样子的
如果另外一个氯原子…
我复制粘贴过来
就在这里
然后它们之间就会有引力
你就会看到
两个氯原子之间的引力
哦 不对 是这两个
氯化氢分子之间的引力
正极
偶极中的正极
接近氢原子
因为电子稍微远离氢原子
氢原子会被另一个氯化氢分子的
氯原子所吸引
而因为这个的范德华力
这个取向作用
比色散力更强一些
说的更清楚一些
所有的分子间作用力中
都有伦敦色散力
只是和其他的力相比
它非常弱
仅仅当我们研究惰性气体的时候
色散力才比较明显
即使这里 这也是色散力
因为这也仅仅是
由瞬时电子排布的不均匀
而产生的
但是这个取向作用强烈多了
因为这作用力更强
氯化氢(HCl)...
就以氦气为例吧
氯化氢需要比氦气更多的能量
才会变成液态
还需要甚至更多的能量 才能转变成气态
现在 如果电负性增强
也就是这原子的电负性变大
当你在研究氮(N) 氧(O) 或者氟(F)
你就会发现一个特殊的
取向作用
那就是氢键
如果你研究的是氢氟酸(HF或HFl)
就和上述情况差不多
这里有一堆氢氟酸
我可以这样写 氟(Fl)
然后 在这里写一个氢氟酸
氟是电负性极强的
它是元素周期表中
三个电负性最强的原子之一
因此它几乎吸走全部电子
所以这个是偶极间作用
非常强的情况
就在这里 所有的电子
都会被氟原子吸收到它周围
所以 这里就会
带部分正电荷
部分正电荷 部分负电荷……
【译者注：错误更正】 HF中F一端带部分负电荷 而H一端带部分正电荷
所以就会得到这个
真正的取向作用
但是这是一个非常强的取向力
所以人们把它叫做氢键
它是由氢原子和一个
电负性非常强的原子组成的
其中这个电负性强的原子
几乎把氢原子的
电子都吸收在它那一侧
所以 这里氢仅仅是一个质子而已
所以它带有很彻底的正电荷
因此它就被吸引到
分子中负电荷所在的那一侧
但是氢原子…
这些都是范德华力
范德华力中 最弱的就是色散力
如果一个分子中
有个电负性较强的原子
这时就产生了偶极
分子的两侧变成偶极
所以就有了
这里就有一个取向力
而更加强烈的键
就是氢键
因为具有超强电负性的原子
实际上是在剥夺
氢原子的电子
或者说几乎夺走了它
但是它仍然是共用的
不过它完全偏向分子的一侧
由于这个分子间作用力更加强烈
分子的沸点就会更高
因此色散力…
偶极键 或者取向力
然后还有氢键
这些都是范德华力 【译者注：中文教材中，氢键不属于范德华力】
但是由于分子间作用力的增强
沸点就会随之升高
因为分开这些分子
需要越来越多的能量
在下一个视频课程中 我发现好像没有时间了
所以我觉得 最好还是
提及一下不同种类的
分子间作用力
它们不一定是共价键或者离子键
在下一个视频课程里
我会讲一些可以形成
共价键和离子键的结构
以及它们怎样影响沸点