分子间作用力与溶剂证据
引入
词汇
| English | 释义 | 拼音 |
|---|---|---|
| London forces | 伦敦力 | lún dūn lì |
| dipole/ˈdaɪpəʊl/ | 偶极 | ǒu jí |
| hydrogen bonding/ˈhaɪdrədʒn ˈbɒndɪŋ/ | 氢键 | qīng jiàn |
| solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ | 溶解度 | róng jiě dù |
为什么分子量更小的物质沸点反而更高？
- 乙醇的沸点可能高于分子量相近的烷烃。仅凭分子式无法显示所有的分子间作用力。
- 在比较分离分子所需能量之前，先预测存在的分子间作用力类型。
构建分子间作用力模型
- 所有分子都存在瞬时偶极和诱导偶极产生的伦敦力。极性分子还具有永久偶极吸引力。
- 氢键的形成需要氢原子与N、O或F相连，且相邻分子上需有合适的孤对电子。
练习
下列哪种纯物质能与其自身分子形成氢键？
难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励
甲醇含有 O–H 供体和氧原子孤对电子；醚类没有合适的 H 供体；甲烷既无供体也无受体。
练习
请命名涉及 H 与 N、O 或 F 相连，并与合适邻近孤对电子之间的吸引力。
难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励
氢键是一种分子间作用力，不同于与该 H 原子形成的共价键。
解释沸腾现象的证据
- 较长的烷烃链通常具有更强的伦敦力。支链化会减少电子数相同的异构体之间的接触面积。
- 乙醇也能形成氢键。沸腾是克服分子间作用力的过程，并不会破坏分子内部所有的共价键。
例子
比较正戊烷与其紧凑的支链异构体。两者具有相同的分子式；由于分子间接触减少，支链异构体的沸点通常较低。
练习
所有分子物质都具备伦敦色散力。
难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励
其电子云可产生瞬时偶极，进而诱导邻近分子产生偶极。
验证溶剂预测
- 水能水合离子并与小分子醇形成氢键。较长的非极性碳链通常会降低醇在水中的溶解度 溶解度。
- 醚可以接受水分子的氢键，但缺乏O–H供体，因此无法形成纯醚的氢键网络。
练习
为什么卤代烷烃具有极性但在水中溶解度低？
难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励
溶解度取决于被破坏和形成的吸引力之间的平衡，而非单一极性键。
检查模型的局限性
- 冰具有开放的氢键排列结构，在熔点附近的密度低于液态水。其分子本身并未变大。
- 极性的C–X键并不单独保证水溶性。新的吸引力必须足以补偿溶剂和溶质中已被破坏的作用力。
注意
“沸腾乙醇会断裂其O–H共价键”这一说法是错误的。该变化主要通过克服分子间作用力来分离完整的分子。
关键点
在解释温度或溶解度趋势之前，先识别粒子、作用力及物理变化。
练习
以下哪两项陈述可解释冰在接近熔点时浮于水面的现象？
难度 2/5 · 今日首次完成可获 140 金币及少量额外奖励
开放结构使分子间距增大，导致密度降低；单个水分子仍保持其化学性质不变。