分子间作用力与热相互作用

---

简介

分子间作用力是存在于周围原子之间的一种强作用力。热能是所有分子和粒子的**动能**总和。分子间吸引力也可以称为**范德华力**。无论何时，原子、分子以及离子都非常接近。相反，分子间作用力与整个分子中发生的共价键有关。热相互作用包括系统中固有的能量，并且与它的温度相关。

什么是分子间作用力？

分子间作用力确实是化合物原子之间存在的吸引和排斥力。这些力似乎控制着物质的物理和化学属性。这些通常被称为存在于分子甚至原子中的**静电力**。

它存在于分子之间，但也影响产品的物理特性。分子中的质子（正电荷化合物）和电子（负电荷化合物）之间的相互作用产生了分子间吸引力。

什么是热相互作用？

热相互作用被称为由任何介质中原子以及分子的运动产生的能量。热运动是系统中分子运动，产生**热能**，但这种热能随温度成比例变化。

分子间作用力的类型

分子间作用力受到一系列相互作用的影响，包括 -

• 偶极-偶极相互作用

• 离子-偶极相互作用

• 离子-诱导偶极相互作用

• 偶极-诱导偶极相互作用

• 色散力或伦敦力

偶极-偶极相互作用

极性化合物具有偶极-偶极相互作用。由共价键引起的原子电负性差异导致极性化合物产生**持久偶极**。当两个分子发生反应时，一个分子的正电荷部分会被另一个分子的负电荷部分吸引。结果，吸引产生的力被称为偶极-偶极相互作用。

举例说明：在 HCl 中，由于 Cl 比 H 更具电负性，因此氯带负电荷，而 H 带正电荷。由相反电荷产生的强力被称为偶极-偶极相互作用。

离子-偶极相互作用

离子-偶极相互作用在极性分子以及离子之间形成键。吸引力的强度由以下因素决定 -

• 离子的电荷以及大小

• 偶极矩的比例

• 极性分子的数量级

分子间作用力已由分散在水中的 NaCl 分子证明。Cl 发射负离子，而 Na 发射正离子。含有**极性分子**的水会被吸引到相反的电荷上。

离子-诱导偶极相互作用

离子与**非极性分子**的接近可能会使后者极化，最终导致这种诱导偶极。离子-诱导偶极相互作用通常是涉及它们的相互作用。这种相互作用的强度由离子的电荷以及非极性分子极化的场景决定。阴离子通过排斥分子使其极化，而阳离子通过吸引电子云使其极化。例如，**血红蛋白**存在于红细胞中。这基于一个 Fe²⁺ 离子，它通过离子-诱导偶极力吸引 O₂ 离子。

偶极-诱导偶极相互作用

极性分子的存在使非极性分子能够产生，从而导致偶极-诱导偶极相互作用。这种相互作用发生在没有偶极的分子以及具有偶极的极性分子之间。当极性分子的永久极性破坏**未带电分子**的价电子时，后者分子将成为偶极。

伦敦力或色散力

由于**电子运动**，色散力或伦敦力会形成暂时的正电荷和负电荷区域。由于原子以及非极性分子的电子云被均匀分散，因此它缺乏偶极矩。另一方面，原子甚至分子可能会轻微地具有偶极特性。它们似乎是**最弱的作用力**，但它们只能传播很短的距离。

分子间作用力与热能

分子间作用力	热能
作用于附近分子之间的强作用力称为分子间作用力。	热能是特定分子以及粒子的动能总和。
分子间吸引力使粒子保持完整。	热相互作用导致它们分离。
气体不应仅因强分子间相互作用而被**压缩**液化	通过降低温度来降低热能，可以很容易地将气体液化。
分子间作用力的优势在气体中相对较低，在固体中最大	热能的优势在固体中最低，在气体中最高。

结论

本文总结了分子间作用力包括偶极-诱导偶极、离子-偶极相互作用、色散力以及偶极-偶极。分子间吸引力在气体中似乎最小，但热能最大。分子间作用力是物质的大部分化学和物理特性的原因。同样，离子-偶极相互作用和偶极-偶极相互作用发生在离子以及极性物质之间。由于运动，单个分子的这种相互作用称为动能，而所有粒子之间的总能量用于计算热能。

常见问题

1. 哪个分子具有相对强的吸引力？

对于包含几乎相同尺寸原子的化合物，化学键（离子键、共价键以及金属键）在粒子之间的吸引力大于分子间吸引力。

2. 日常生活中热平衡的例子是什么？

当发动机温度等于周围温度时，经过相当长一段时间后就会发生热平衡。当一杯热茶放在桌子上时，茶的温度在很短时间内会等于环境温度。

3. 水中是什么导致了分子间作用力？

水包含极性 O–H 键。相邻分子中的负氧原子吸引正 H 原子，导致了一种非常强的偶极-偶极力类型，称为氢键。由于水表现出氢键，因此它也具有偶极-诱导偶极以及伦敦色散力。

4. 我们应该如何将热能与我们的日常生活联系起来？

烹饪、沸腾、吸烟、干燥、冷却以及生产都是有效利用热能的例子。

5. 分子间作用力在日常生活中有什么意义？

物质的可观察特性通常由分子间作用力决定。水的大部分维持生命的特性，包括其高比热容，似乎与其氢键功能以及分子间相互作用有关。

6. 热导率如何响应分子间作用力？

元素原子之间的作用力可以通过分子间作用力观察到。更大的力意味着材料具有更大的导电性。

7. 分子间作用力如何随时间变化？

沸点越高。液体越难逸出到蒸汽相中，就需要更多的能量才能做到这一点，并且液体粒子之间的分子间作用力越高。