一、分子間作用力總覽
分子間作用力主要分為凡得瓦力與氫鍵:
| 種類 | 能量大小 | 細分類型 |
|---|---|---|
| 凡得瓦力 | 多數 < 5 kJ/mol(較弱) | 偶極-偶極力、偶極-誘發偶極力、分散力 |
| 氫鍵 | 約 5~40 kJ/mol(較強) | 分子間氫鍵、分子內氫鍵 |
二、凡得瓦力
-
偶極-偶極力:
極性分子因本身電子密度分布不均勻,形成部分正電荷與部分負電荷。相鄰極性分子間,正負電荷互相吸引產生的作用力,稱為偶極-偶極力。
例:HCl 與 HCl 之間。 -
偶極-誘發偶極力:
極性分子靠近非極性分子時,會誘使非極性分子的電子雲暫時偏移而產生瞬時偶極,兩者間的吸引力稱為偶極-誘發偶極力。
例:HCl 與 H2 之間。 -
分散力(倫敦力):
由電子瞬間不均勻運動造成的暫時偶極,以及所誘發之偶極間的吸引力,稱為分散力;存在於所有分子間,對非極性分子尤為重要。
例:H2 與 H2、Cl2 與 Cl2 之間。
【註】非極性分子間僅具有分散力;極性分子間同時具有分散力與其他凡得瓦力。
三、影響凡得瓦力大小的因素
-
凡得瓦力種類:
在分子量相近時,凡得瓦力大致比較為:
偶極-偶極力 > 偶極-誘發偶極力 > 分散力。
因此極性分子通常比非極性分子沸點高。 -
分子內電子數量(分子量):
分子量愈大,電子愈多,暫時極化愈明顯,分散力愈強,沸點愈高。
例:8A 族氣體沸點:He < Ne < Ar < Kr < Xe;
鹵素雙原子分子:F2 < Cl2 < Br2 < I2。
四、氫鍵
-
定義:
含有強極性鍵 X–H(X 為 F、O、N 等高電負度元素)的分子中,H 原子與鄰近分子中帶孤電子對的 F、O、N 原子之間所形成的較強分子間作用力,稱為氫鍵。 -
分子間氫鍵:
存在於不同分子之間,使物質熔點、沸點、黏度等顯著升高。
例:H2O、HF、NH3 分子間的氫鍵。 -
分子內氫鍵:
產生於同一分子內,常見於順式異構物或鄰位取代芳香族化合物,可形成環狀結構,一般環內頂點數約為 5、6、7。 -
生物分子中的氫鍵:
多股或折疊結構(如蛋白質、DNA 雙股螺旋)穩定的重要原因之一是鏈內與鏈間的氫鍵。 -
特殊例子:
如 KHF2 中的 [F–H–F]− 結構,同時具有離子鍵、共價鍵與氫鍵的特性。