第7章 分子的电学 磁学性质和分子间作用力

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1、第七章1第一节分子的电学性质分子的电学性质起因于电荷的静态分布偶极矩极化率偶极矩、极化率与分子结构的关系2一、偶极矩正负电重合不重合荷重心分子的非极性极性极性分子分子实例O,CHH2O2４O,HCl33偶极矩(DipoleMoment)HHO：O2Hµ=qr矢量方向：正负单位：C.m，Debye；1D＝3.336x10-30C.m4二、分子的极化1极性分子的取向极化极性分子偶极矩有与外电场反方向排列的趋势；而热运动则扰乱该趋势达到热平衡时，分子具有平均偶极矩u，这一现象称取向极化取向极化率E极性

2、分子的取向u+++-+---52分子的变形极化+-+-+-电荷中心分分非极性分子离产生诱导子的变形极化偶极矩µ的d变形电荷中心分极极性分子的离产生诱导化变形极化偶极矩µd6ddEαd=αa+αe变形极化率原子极化率电子极化率α＝αµ＋αd三、极化率与介电常数的关系作为电介质的分子，其极化作用越强，介电常数越大，充填这种电介质的电容器电压下降（被抵消）越多。7四、极化作用与外场频率的关系交变电场频率较大(1010－1014Hz):取向极化跟不上，只有原子极化和电子极化。交变电场频率很大(＞1014

3、Hz):原子极化也跟不上，只有电子极化率。偶极矩和极化率是判断分子几何构型的重要参数，在讨论分子间作用力、光谱性质时有用。8五、偶极矩与分子结构多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和键矩和基矩：键和基团的偶极矩键矩或基矩为µµ，夹角为θ则：1,2分子的偶极矩µ2＝µ2＋µ2＋2µµcosθ，1212HOF2BF3BFF9偶极矩与对称性、电负性和电荷分布密切相关中心对称分子或有两个及以上对称元素相交于一点的分子是非极性分子，偶极矩为0。CH,P,PCl,O,NH,HCl,CHCl4452365偶极矩方向由电负性

4、小的指向电负性大的，而大小一般与电负性差值成正比。CHCl:1.87D，CHCHCl:1.87D，332CHCHCHCl:1.87D32210第二节分子的磁学性质加磁场顺磁性物质在外磁场中显磁性，在磁天平中增重。分子磁学性质起因于“分子电流”11一、磁化率磁介质在磁场中的磁化程度用磁化强度矢量I描述。B=H+H’=H+4πII=χHI是单位体积磁矩，χ为单位磁场强度下的单位体积磁矩(体积磁化率)，常用比磁化率或摩尔磁化率：χ或χgmχg＝χ/ρχ＝Mχ/ρ=χVmm顺磁质：χ＞0，I＞0，B＞H(H与H’

5、同方向)铁磁质：χ很大，1000－10000反磁质：χ＜0，I＜0，B＜H(H与H’反方向)12二、物质磁性与微观结构的关系1、顺磁性忽略原子核磁矩，多电子原子总磁矩JBgJJ1当S=0,J=L，g=1当L=0,J=S，g=2闭壳层结构，电子运动产生的磁矩相互抵消，没有等效分子电流，µ＝0J对于第一列过渡元素离子，或不需要考虑轨道磁矩的化合物。轨道冻结：只考虑电子自旋的贡献JBB21SSnn213表第一过渡系金属离子的八面体配合物的磁矩(BM)组态中心离子未成对电子数

6、实验观测值SL+Sd1T3+11.733.001.65~1.79d2V3+22.834.472.75~2.85d3Cr3+33.875.203.70~3.90弱场(高自旋)d4Cr2+44.905.484.75~4.90d5Fe3+55.925.925.70~6.0d6Co3+44.905.485.4(5.10~5.70)d7Co2+33.875.204.30~5.20强场(低自旋)d4Cr2+22.834.473.20~3.30d5Fe3+11.733.002.00~2.50d6Co3+000逆磁的d7

7、Co2+11.733.001.8d8Ni2+22.834.472.80~3.50d9Cu2+21.733.001.70~2.2014顺磁性与摩尔顺磁磁化率居里定律：2χm顺＝NAµJ/(3kBT)＝C/TN阿佛加德罗常数，k玻耳兹曼常数，C居里常数，TAB绝对温度2、反磁性所有物质中，运动电子受到洛伦兹力作用，使电子产生一个总角动量绕磁场方向的旋转运动；所产生的感应磁矩方向与外磁场相反，表现反磁性。顺磁质的顺磁性大于反磁性。15第三节分子间的作用力一、范德华引力1、范德华力的本质静电力（极性分子永久偶极矩

8、间静电吸引）诱导力（永久偶极矩与诱导偶极矩吸引作用）色散力（瞬间偶极矩之间）16静电力极性分子永久偶极矩间静电吸引+++-+---22212EK2634kTr0B处于常温时，偶极矩的取向作用大于无序的热运动，E<0。K处于高温时：热运动破坏了偶极矩的取向运动，E→0。K静电力，又称为取向力。17诱导力永久偶极矩与诱导偶极矩吸引作用+-+-+-221122ED264r0相同分子间22E