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- 到目前爲止 我們的化學旅程
- 已經涉及到了分子之間的相互作用
- 例如金屬分子
- 它們是如何
- 通過電子海相互吸引 還有水分子之間
- 但是我想 最好全面討論一下
- 所有不同種類的分子間相互作用
- 以及物質沸點、
- 熔點的意義
- 從最弱的分子間作用力講起吧
- 假設 這裡有一堆氦分子(He)
- 氦氣 我畫成氦原子
- 我們查找元素周期表
- 我接下來處理氦的方法
- 同樣可以用於其他惰性氣體
- 因爲惰性氣體很完美
- 它們的最外層軌域是飽和的
- 再比如 氖氣(Ne)或氦氣(He) ――先說氖吧 事實上
- 因爲氖的最外層 是8電子的飽和狀態
- 因此我們可以這樣寫氖(Ne)
- 十分穩定
- 它完全自給自足
- 因此 在一個完全自給自足的世界裏
- 目前沒有明顯的理由使分子間相互作用
- 我馬上就要說到一個原因
- ――如果這些電子均勻地分布
- 在原子的周圍
- 那麽這些就是完全中性的原子
- 它們相互之間不需要
- 任何形式的結合
- 所以它們本應該四處飄動
- 而且它們沒有理由
- 相互吸引
- 或者相互排斥
- 但是 事實是
- 如果足夠冷
- 氖氣的確是液體
- 那麽氖氣有液態這個事實
- 說明分子之間一定存在某種作用力
- 使氖原子之間相互吸引
- 一定有某種力
- 由於溫度極低
- 在很大程度上
- 它們之間的力不是很大
- 因此在普通溫度下氖爲氣體
- 但如果溫度降到極低
- 你可以看到一個非常弱的力
- 開始連結氖原子
- 或者說使得氖原子想要
- 相互接近
- 從我們剛剛說的現象中
- 提到的力
- 說明電子不是在固定的
- 單一的軌道上運動的
- 它們是機率性的
- 我們可以想象一下 比如說氖氣
- 這次就不畫
- 漂亮整齊的價電子點點
- 而可以這樣畫電子
- 它是一個機率雲
- 這就是氖原子的結構
- 1s2 然後外層電子排布是 2s2 2p6 對嘛？
- 所以這是能量最高的電子
- 所以 看起來… 我也不很清楚
- 它有個2s層
- 1s層在2s的裏面
- 它還有p軌道
- p軌道從不同的角度看像這樣
- 這不是多重點
- 這裡還有另一個氖原子
- 這些是――
- 我只畫出了機率的分布
- 看好了我可不是在畫兔子哦
- 但是我覺得你應該已經懂了
- 如果你想要了解更多
- 請看電子構型的影片
- 電子機率分布的意思
- 就是這些電子可以在任何地方出現
- 可能有某個瞬間
- 所有的電子都在這裡
- 也可能某個瞬間
- 所有的電子都在這裡
- 氖原子也一樣
- 如果你仔細想想
- 在所有可能的構型中
- 比如這兩個氖原子
- 電子在他們之間
- 均勻分布的幾率是十分小的
- 更多的情況是
- 每個氖原子周圍的電子分布
- 會稍微有所不同
- 因此 如果這個氖原子
- 最外層的8個價電子
- 可能剛好是…
- 1 2 3… 7 8
- 這個氖原子是怎樣的呢？
- 它這時在這個方向有微弱的電荷 是不是
- 看起來這一側比這一側有更多負電
- 或者說 這一側比那一側有更多正電
- 類似的 如果與此同時
- 另一個氖原子
- 有1 2 3… 8
- 相似地 事實上 我來畫一個不一樣的
- 比如說這個氖原子是這樣的
- 1 2 3… 7 8
- 這裡 我們用一個深色來表示
- 因爲這是一個非常弱的作用力
- 所以 這邊會有微弱的負電
- 瞬時的 僅僅在那一刻存在
- 這裡稍微帶有負電
- 那裏稍帶正電
- 這邊是負的
- 這邊是正的
- 所以 這有一點點的相互吸引力
- 在那短短一瞬間
- 吸引著這個氖原子和這個氖原子
- 然後它會消失
- 因爲電子會重新排布
- 但重要的是要知道
- 幾乎沒有氖原子的電子
- 是完全均勻分散的
- 那麽因爲一定有
- 這種偶然的分布情況
- 那麽就一定有
- 一點點的…
- 我不想說這是極性
- 因爲這個詞感覺太強了
- 但是 它們一定會有
- 一點點額外的電荷
- 有時在原子這邊 有時在另一邊
- 這樣 它就可以和另一個
- 同樣電子分布不均勻的原子的
- 相反電極相吸引
- 這是一個非常 非常非常弱的力
- 這種力叫做 倫敦分散力
- 我想應該是這家夥提出的
- Fritz London 他既不是…
- 不對 他不是英國人
- 我覺得他應該是德裔美國人。
- 倫敦分散力
- 是範德華力當中最弱的
- 我想我的讀音好像不太對
- 範德華力
- 分子間作用力的一種
- 那麽 對於氖――氖分子 就是一個原子
- 氖分子是一個單原子分子
- 我想你可能會這樣說
- 而範德華力
- 是泛指一大類分子間作用力
- 而非共價鍵
- 也不類似鹽中的電價鍵
- 我們稍後會講到這些鍵
- 其中最弱的
- 就是倫敦分散力
- 所以氖氣 還有這些稀有氣體
- 實際上 這裡所有的稀有氣體
- 它們之間唯一的作用力
- 就是倫敦分散力
- 也就是所有分子間作用力中
- 最弱的一種
- 正因爲這個
- 只要非常小的能量
- 就可以將他們變成氣態
- 因此 在非常非常低的溫度下
- 稀有氣體就可以變成氣態
- 這就是他們被稱作 惰性氣體的首要原因
- 它們的性質非常類似於理想氣體
- 因爲它們之間的引力極小
- 因爲它們之間的引力極小
- 好啦
- 現在 如果分子間的
- 引力更大一些
- 或者稍帶極性會怎麽樣？
- 例如氯化氫(HCl) 對嘛？
- 氫原子(H) 它有時候吸電子
- 有時候失電子
- 但是氯原子想要吸電子
- 氯原子的電負度非常強
- 它只比這些原子的電負度弱
- 這些元素都是超級電子狂
- 氮(N) 氧(O) 和氟(F)
- 但是氯的電負度已經很強了
- 如果氯化氫(HCl)…
- 所以 這邊是氯原子
- 它最外層有7個電子
- 然後它和氫原子共享一個電子
- 它和氫原子共享一個電子
- 我這樣畫
- 因爲氯比氫
- 電負度強很多
- 因此電子出現在這裡的機率比較大
- 所以 我們會得到
- 一個這邊帶局部負電荷的分子
- 就在吸電子狂的這一邊
- 另一邊帶有局部正電荷
- 這個實際上
- 非常類似於氫鍵
- 其實氫鍵就是這一類的鍵
- 也可以被叫做偶極鍵
- 或者說是取向作用\N【譯者注：極性分子間偶極相互作用稱爲取向作用】
- 假設有一個那樣的氯原子
- 這裡還有另外一個氯原子
- 另外一個氯原子是這樣子的
- 如果另外一個氯原子…
- 我複製粘貼過來
- 就在這裡
- 然後它們之間就會有引力
- 你就會看到
- 兩個氯原子之間的引力
- 哦 不對 是這兩個
- 氯化氫分子之間的引力
- 正極
- 偶極中的正極
- 接近氫原子
- 因爲電子稍微遠離氫原子
- 氫原子會被另一個氯化氫分子的
- 氯原子所吸引
- 而因爲這個的範德華力
- 這個取向作用
- 比分散力更強一些
- 說的更清楚一些
- 所有的分子間作用力中
- 都有倫敦分散力
- 只是和其他的力相比
- 它非常弱
- 僅僅當我們研究惰性氣體的時候
- 分散力才比較明顯
- 即使這裡 這也是分散力
- 因爲這也僅僅是
- 由瞬時電子排布的不均勻
- 而産生的
- 但是這個取向作用強烈多了
- 因爲這作用力更強
- 氯化氫(HCl)...
- 就以氦氣爲例吧
- 氯化氫需要比氦氣更多的能量
- 才會變成液態
- 還需要甚至更多的能量 才能轉變成氣態
- 現在 如果電負度增強
- 也就是這原子的電負度變大
- 當你在研究氮(N) 氧(O) 或者氟(F)
- 你就會發現一個特殊的
- 取向作用
- 那就是氫鍵
- 如果你研究的是氫氟酸(HF或HFl)
- 就和上述情況差不多
- 這裡有一堆氫氟酸
- 我可以這樣寫 氟(Fl)
- 然後 在這裡寫一個氫氟酸
- 氟是電負度極強的
- 它是元素周期表中
- 三個電負度最強的原子之一
- 因此它幾乎吸走全部電子
- 所以這個是偶極間作用
- 非常強的情況
- 就在這裡 所有的電子
- 都會被氟原子吸收到它周圍
- 所以 這裡就會
- 帶部分正電荷
- 部分正電荷 部分負電荷……
- 【譯者注：錯誤更正】\NHF中F一端帶部分負電荷\N而H一端帶部分正電荷
- 所以就會得到這個
- 真正的取向作用
- 但是這是一個非常強的偶極-偶極力
- 所以人們把它叫做氫鍵
- 它是由氫原子和一個
- 電負度非常強的原子組成的
- 其中這個電負度強的原子
- 幾乎把氫原子的
- 電子都吸收在它那一側
- 所以 這裡氫僅僅是一個質子而已
- 所以它帶有很徹底的正電荷
- 因此它就被吸引到
- 分子中負電荷所在的那一側
- 但是氫原子…
- 這些都是範德華力
- 範德華力中 最弱的就是分散力
- 如果一個分子中
- 有個電負度較強的原子
- 這時就産生了偶極
- 分子的兩側變成偶極
- 所以就有了
- 這裡就有一個偶極-偶極力
- 而更加強烈的鍵
- 就是氫鍵
- 因爲具有超強電負度的原子
- 實際上是在剝奪
- 氫原子的電子
- 或者說幾乎奪走了它
- 但是它仍然是共用的
- 不過它完全偏向分子的一側
- 由於這個分子間作用力更加強烈
- 分子的沸點就會更高
- 因此分散力…
- 偶極鍵 或者偶極-偶極力
- 然後還有氫鍵
- 這些都是範德華力\N【譯者注：中文教材中，氫鍵不屬於範德華力】
- 但是由於分子間作用力的增強
- 但是由於分子間作用力的增強
- 沸點就會隨之升高
- 因爲分開這些分子
- 需要越來越多的能量
- 在下一個影片課程中 我發現好像沒有時間了
- 所以我覺得 最好還是
- 提及一下不同種類的
- 分子間作用力
- 它們不一定是共價鍵或者電價鍵
- 在下一個影片課程裏
- 我會講一些可以形成
- 共價鍵和電價鍵的結構
- 以及它們怎樣影響沸點