范德华力和范德华半径

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1、7.4范德华力和范德华半径物质间的作用有共价键，离子键，金属键，还有氢键，另一种分子间普遍存在的作用力是范德华作用力。分子间作用能与距离的关系作用力类型能量与距离的关系荷电基团静电作用1/r离子-偶极子1/r2离子-诱导偶极子1/r4偶极子-偶极子1/r6（范德华作用力中的静电力）偶极子-诱导偶极子1/r6（范德华作用力中的诱导力）诱导偶极子-诱导偶极子1/r6（范德华作用力中的色散力）非键排斥1/r9～1/r6凡是与1/r6成正比的三种作用力（静电力，诱导力，色散力）通称为范德华力（vanderWaalsfoeces）。这种作用力的作用能一般在10kJ·mol-1以下，

2、比通常的共价键小1-2个数量级，作用范围在0.3～0.5nm.一、静电力主要来自于永久偶极矩(极性分子)的相互作用,偶矩极间产生相互作用,其平均相互作用能为:222µµ112E=−×静63kTr(4πε)0μ1,μ2---两个分子的偶矩极;r---分子质心间的距离,k---Boltzmann常数,T---热力学温度,负值表示能量降低.对于同类分子,μ=μ,E同偶矩极的四次方成12静正比.温度升高时,破坏偶矩极取向,减小分子间的相互作用,故与T成反比.在室温(T=300K),具有偶矩极约1D的分子,相距为0.3nm时-30μ1=μ2=1D=3.336×10C·m-12-12

3、-1ε0=8.854×10J·C·mk=1.381×10-23J-1·K-1r=3×10-10m222µµ112E=−×静63kTr(4πε)0E=-2.2×10-21J=-1.3kJ·mol-1静二、诱导力具有永久偶矩极的分子将诱导邻近分子发生电荷转移,出现诱导偶矩极.两者间相互作用产生诱导能。分子1（μ）与分子2（极化率α）间的平12均诱导能为：2αµ21E=−诱6(4πε)r0例如-40-122μ1=1D，α2=1.11×10J·C·m,相距为0.3nm时E=-0.08kJ·mol-1诱三、色散力非极性分子有瞬间的偶矩极，瞬间偶矩极将对邻近分子重要，诱导出偶矩极。瞬

4、间偶矩极与诱导偶矩极重要的能量称为色散能。2IIαα11212E=−×色623I+Ir(4πε)120I和I分别是两个相互作用分子的电离能,α和α是它1212们的极化率。例如-40-122α1=α2=2.9×10J·C·m,I=7eV(670kJ·mol-1),相距为0.3nm时E=-4.7kJ·mol-1色静电力和诱导力只存在于极性分子间，而色散力存在于所有性质的分子间。实验表明，这三种作用力中色散力是主要的。极化率α反映分子中的电子云是否容易变形，当分子中的原子较大时，外层电子离核较远，α较大，例如卤素分子。当分子中有π键时，其电子云比σ键易于变形，如苯和萘分子，具有

5、较大的色散能。对于大多数物质，分子间的作用能服从Lennard-Jones6-12关系式ABE=−126rrA,B为常数，可以通过实验测定。分子间相距较远时，吸引力较明显，相距较近时，排斥力是进程力，起主要作用.根据公式作E-r曲线，曲线最低点所对应的距离即为两原子的范德华半径和。目前最广泛使用的是Pauling给出的值，此外还有Bondi半径，使用是应采用统一标准。