分子间的作用力

化学键（离子键、共价键）是分子中相邻原子之间的较强烈的相互作用力，除了这种相邻原子之间较强的作用之外，在分子与分子之间还存在着一种较弱的作用力。气体分子能凝聚成液体和固体，主要就靠分子之间的这种作用。因为范德华（Van der Waals）第一个提出这种相互作用，通常就将分子间的作用力叫做范德华力。分子间力与化学键（键能约为100～800kJ·mol—1）相比很弱，即使在固体中它也只有化学键强度的百分之一到十分之一。然而，分子间力是决定物质的熔点、沸点和溶解度等物理性质的一个重要因素。

分子间力按产生的原因和特点可分成三个部分：取向力、诱导力和色散力。

1.取向力

极性分子的正、负电荷中心不重合，分子中存在固有偶极。当两个极性分子相互靠近时，同极相斥，异极相吸，在空间的运动循着一定的方向产生相对的转动，分子转动的过程叫取向。在已取向的分子之间，由于静电引力而互相吸引。【将由于极性分子的固有偶极（永久偶极）的取向而产生的静电作用力称为取向力（orientation force）】。如图2-24所示。

取向力的本质是静电作用，显然，分子的偶极矩越大，取向力就越大。

2.诱导力

当极性分子与非极性分子充分接近时，在极性分子固有偶极的影响下，非极性分子原来重合在一点的正、负电荷中心发生相对的位移，这种在外电场影响下分子的正、负电荷中心发生位移的现象叫分子的极化，由此而产生的偶极叫诱导偶极。【诱导偶极同极性分子的固有偶极间的作用力叫做诱导力（induction force）】。如图2-25所示。

图2-24 取向力的产生

图2-25 诱导力的产生

同样，在极性分子和极性分子之间，除了取向力外，由于极性分子的相互影响，每个极性分子也会发生变形，产生诱导偶极，其结果是使极性分子的偶极矩增大，从而使分子之间出现了除取向力外的额外吸引力诱导力。对于极性分子与极性分子之间的作用来说，它是一种附加的取向力。诱导力也会出现在离子和离子以及离子和分子之间（离子极化）。

3.色散力

非极性分子中无偶极，似乎不存在什么静电作用。但实际情况表明，非极性分子之间也有相互作用。如常温下，Br₂是液体，I₂是固态，F₂是气态；在低温下，Cl₂、N₂、O₂甚至稀有气体也能液化。这些物质能维持某种集聚状态，说明在非极性分子之间也存在着一种相互作用力。另外，对于极性分子来说，按前两种力计算出的分子间力与实验值相比要小得多，说明分子中还存在第三种力，这个力叫色散力（其理论公式与光的色散公式类似而得名）。

在非极性分子中，从宏观上看，分子的正、负电荷中心是重合在一起的，电子云是对称分布的。但电荷的这种对称分布只是一段时间的统计平均值，由于组成分子的电子和原子核总是处于不断运动之中的，在某一瞬间，可能会出现正、负电荷中心不重合，瞬间的正、负电荷中心不重合而产生的偶极叫瞬时偶极。这种瞬时偶极也会诱导邻近的分子产生瞬时偶极，于是两个分子相互靠瞬时偶极吸引在一起。【这种由于存在“瞬时偶极”而产生的相互作用力称为色散力（dispersion force）】。如图2-26所示。

图2-26 色散力的产生

由于色散力包含瞬间诱导极化作用，因此色散力的大小主要与相互作用分子的变形性有关。一般说来，分子体积越大，其变形性也就越大，分子间的色散力就越大，即色散力和相互作用分子的变形性成正比。

由于在极性分子中也会产生瞬时偶极，因此，不仅非极性分子之间存在色散力，而且非极性分子和极性分子之间及极性分子之间也存在色散力。

综上所述，分子间的范德华力具有如下的特点：

（1）不同分子分子间力的组成不同 极性分子与极性分子之间的作用力是由取向力、诱导力和色散力三部分组成的；极性分子与非极性分子之间只有诱导力和色散力；非极性分子之间仅存在色散力。

由此可见，色散力是普遍存在的。只有当分子间的极性很大时，取向力才比较显著，而诱导力通常很小。三种力的相对大小一般为：

色散力■取向力>诱导力（见表2-12）

表2-12 分子间作用力的组成

（2）分子间力与化学键不同

分子间力是短程力，它作用的范围很小，一般是300～500pm；

分子间力既无饱和性，又无方向性；

分子间作用能约比化学键键能小1至2个数量级。

分子间力主要影响物质的物理性质，化学键则主要影响物质的化学性质。一般说来，结构相似的同系列物质相对分子质量越大，分子变形性就越大，分子间力越强，物质的熔点、沸点也就越高。