[科普中國]-瞬間偶極

分子間作用力與分子的極性有關(guān)。分子的極性不但取決予分子中鍵的極性，而且取決于分子的幾何形狀。分子的極性與偶極矩(dipole moment)有關(guān)。偶極矩是表示分子中電荷分布狀況的物理量。1

當(dāng)非極性分子相互接近時(shí)，由于分子中電子的不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬間相對(duì)位移，而產(chǎn)生瞬間偶極（instantaneous dipole）。分子間由于瞬間偶極而產(chǎn)生的作用力稱為色散力（dispersion force）。2

定義當(dāng)非極性分子相互靠近時(shí)，由于電子的不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，要使每一瞬間正、負(fù)電荷中心都重合是不可能的，在某一瞬間總會(huì)有偶極存在，這種偶極叫做瞬間偶極。瞬間偶極之間總是處于異極相吸的狀態(tài)。3

產(chǎn)生原因分子與分子之間，某些較大分子的基團(tuán)之間，或小分子與大分子內(nèi)的基團(tuán)之間，還存在著各種各樣的作用力，總稱分子間作用力。分子間作用力又稱為范德華力（van der Waals force）。由于分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多（化學(xué)鍵的鍵能數(shù)量級(jí)汰102～103KJ/mol，而分子間力的能量只達(dá)幾個(gè)～幾十個(gè)KJ/mol的數(shù)量級(jí)），所以分子晶體的熔點(diǎn)，沸點(diǎn)往往比較低。

分子間作用力（范德華力）與偶極矩有關(guān)。偶極矩是表示分子中電荷分布狀況的物彈量用μ表示．定義為正、負(fù)電荷重心間的距離r與電荷量q的乘積：

μ=q×r

偶極矩是個(gè)矢量，正負(fù)電荷的重心重合時(shí)偶極矩為零（非極性分子）；正、負(fù)電荷的重心不重合時(shí)分子的偶極矩不為零（極性分子）。

如H2O分子和NH3分子的偶極矩之和都不為零，為極性分子，其固有的偶極叫永久偶極（permanent dipole），非極性分子在極性分子誘導(dǎo)下產(chǎn)生的偶極被稱為誘導(dǎo)偶極（induced dipole）。由不斷運(yùn)動(dòng)的電子和不停振動(dòng)的原子核在某一瞬間的相對(duì)位移造成分子正負(fù)電荷重心分離引起的偶極叫瞬間（instantaneousdipole）。1

形成分子力瞬間偶極主要形成的分子間力（即范德華力）為色散力。

色散力（dispersion force）是分子的瞬間偶極與瞬間誘導(dǎo)偶極之間的作用力，也叫倫敦力（London force）。通常情況下非極性分子的正電荷重心與負(fù)電荷重心重合，但原子核和電子的運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致電荷重心瞬間分離，從而產(chǎn)生瞬間偶極。瞬間偶極又使鄰近的另一非極性分子產(chǎn)生瞬間誘導(dǎo)偶極，兩種偶極出于異極相鄰狀態(tài)。

色散力的大小既依賴于分子的大小，也依賴于分子的形狀。如丙烷、正丁烷和正戊烷均為直鏈化合物，色散力隨分子體積的增大而增大．導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序升高。

色散力不但普遍存在于各類分子之間，而且除極少數(shù)強(qiáng)極性分子（如HF，H2O）外，大多數(shù)分子間力都已色散力為主。1

在非極性分子與非極性分子之間只存在著色散力；在極性分子與極性分子之間存在著色散力、誘導(dǎo)力和取向力。取向力、誘導(dǎo)力和色散力的總和通常叫做分子間力，又稱為范德華（Van der Waals）力。其中色散力在各種分子之間都有，而且一般也是最主要的。只有當(dāng)分子的極性很大時(shí)才以取向力為主。而誘導(dǎo)力一般較小，如下圖所示：3

對(duì)物質(zhì)影響主要由瞬間偶極產(chǎn)生的色散力為主要作用力的分子間力對(duì)物質(zhì)的影響有以下幾點(diǎn)：

物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分子間力對(duì)物質(zhì)性能的影響是多方面的。液體物質(zhì)分子間力愈大，氣化熱就愈大，沸點(diǎn)也就愈高；固態(tài)物質(zhì)分子間力愈大，熔化熱就愈大，熔點(diǎn)也愈高。一般而言，結(jié)構(gòu)相似的同系列物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量愈大，分子的變形性也就愈大，分子間力愈強(qiáng)，物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)也愈高。例如稀有氣體、鹵素等，其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)是隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而升高的。分子間力對(duì)分子晶體的硬度也有一定的影響。極性小的聚乙烯、聚丙烯等物質(zhì)，分子間力較小，因而硬度不大；而含有極性基團(tuán)的聚甲基丙烯酸甲酯（俗稱有機(jī)玻璃）等，分子間力較大，因而硬度較大。3

物質(zhì)的溶解性物質(zhì)在溶劑中的溶解性可以用“相似相溶”的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律來判斷。即極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑；非極性(或弱極性)溶質(zhì)易溶于非極性溶劑。溶質(zhì)與溶劑的極性越相似，越易互溶。例如，碘易溶于苯或四氯化碳，而難溶于水。其原因是碘、苯和四氯化碳等都是非極性分子，分子間存在著相似的分子間力（色散力），而水為極性分子，分子之間除存有分子間力之外還有氫鍵，因此碘難溶于水。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳鐵橋 - 副教授 - 湖南大學(xué)