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(共31張PPT)
第2章 微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)
第4節(jié) 分子間作用力
下雪不冷，化雪冷。
思考：
1.冰山融化現(xiàn)象是物理變化還是化學(xué)變化？
2.冰山融化過(guò)程中有沒有破壞其中的化學(xué)鍵？
3.化雪時(shí)為什么會(huì)更冷吶？
1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)是由原子、離子、分子等微粒構(gòu)成的，分子間存在著相互作用，知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力。
2.了解分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵在自然界中的廣泛存在及重要作用。
1.能說(shuō)明分子間作用力（包含氫鍵）的特征以及其實(shí)質(zhì)，能比較范德華力和氫鍵的區(qū)別。（宏觀辨識(shí)與微觀探析）
2.能說(shuō)明分子間作用力（包含氫鍵）對(duì)物質(zhì)熔沸點(diǎn)等性質(zhì)的影響。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）
3.能舉例說(shuō)明氫鍵對(duì)于生命的重要意義。（科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）
體會(huì)課堂探究的樂趣，
汲取新知識(shí)的營(yíng)養(yǎng)，
讓我們一起 吧！
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聯(lián)想 質(zhì)疑
你曾觀察過(guò)電解水的實(shí)驗(yàn)，對(duì)水的三態(tài)變化也很熟悉。通過(guò)對(duì)這兩種變化過(guò)程及條件的比較，你對(duì)水中微粒間的相互作用有了什么新的認(rèn)識(shí)
電解水以及物質(zhì)三態(tài)之間的轉(zhuǎn)化都伴隨著能量變化。這說(shuō)明：分子間也存在著相互作用力。分子間存在多種相互作用，統(tǒng)稱為分子間作用力，它是一種弱相互作用，常見的有兩種：范德華力和氫鍵。
一、范德華力與物質(zhì)性質(zhì)
⑴定義：
物質(zhì)分子間的普遍存在的作用力，使物質(zhì)能以一定的凝聚態(tài)(固態(tài)或液態(tài))存在。
1、范德華力
電性作用。
⑵范德華力的實(shí)質(zhì)：
⑶特征：
①范德華力的作用通常比化學(xué)鍵的鍵能小得多；
②無(wú)方向性，無(wú)飽和性；
③范德華力是一種短程力，氣體分子間的作用可忽略不計(jì)。
拓展視野
范德華力概念的提出
為了研究氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，科學(xué)家提出了一種理想氣體模型，假設(shè)氣體分子不具有體積，并且氣體分子之間不存在相互作用。根據(jù)這種模型提出的理想氣體方程對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出現(xiàn)了偏差。荷蘭物理學(xué)家范德華（J.van der Waals）修正了關(guān)于氣體分子運(yùn)動(dòng)的以上假設(shè)，指出氣體分子本身具有體積，并且分子間存在引力。由此，范德華提出了描述實(shí)際氣體行為的范德華氣態(tài)方程，根據(jù)這個(gè)方程計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)事實(shí)十分吻合。由于是范德華首次將分子間作用力的概念引入氣態(tài)方程，人們便將分子間相互作用力稱為范德華力。
范德華力的成因
極性分子相互靠近時(shí)，一個(gè)分子的正電荷端與另一個(gè)分子的負(fù)電荷端相互吸引，這種靜電吸引力稱為取向力。分子極性越強(qiáng)，取向力就越大。
拓展視野
一個(gè)分子受到極性分子的誘導(dǎo)作用，導(dǎo)致正電荷重心與負(fù)電荷重心不重合或距離加大，進(jìn)而使兩種分子之間產(chǎn)生吸引力或吸引力增強(qiáng)，這種吸引力稱為誘導(dǎo)力。
由于原子核和電子總是在不停地運(yùn)動(dòng)，因此即使對(duì)非極性分子來(lái)說(shuō)，其正電荷重心與負(fù)電荷重心也會(huì)發(fā)生瞬間不重合。當(dāng)分子相互靠近時(shí)，分子之間會(huì)產(chǎn)生靜電吸引力，這種靜電吸引力叫作色散力。分子越大，分子內(nèi)的電子越多，分子越容易變形，色散力就越大。除了極性特別強(qiáng)的極性分子間的范德華力以取向力為主以外，其他分子間的范德華力往往以色散力為主。
拓展視野
2、范德華力與物質(zhì)性質(zhì)
范德華力主要影響物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、物質(zhì)的溶解性等。范德華力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高。
一般規(guī)律：一般來(lái)說(shuō)，分子結(jié)構(gòu)和組成相似的物質(zhì)，隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加，范德華力逐漸增強(qiáng)，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸升高。
例如，鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表所示
單質(zhì) 熔點(diǎn)/℃ 沸點(diǎn)/℃
F2 －219.6 －188.1
Cl2 －101.5 －34.04
Br2 －7.25 58.8
I2 113.6 185.2
(1)分析上表，總結(jié)鹵素單質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有什么變化規(guī)律？
鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而升高。
(2)怎樣解釋鹵素單質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的變化規(guī)律？
由分子構(gòu)成的物質(zhì)的沸點(diǎn)取決于分子間作用力的大小，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，它們分子間的作用力逐漸增大，沸點(diǎn)逐漸升高。
單質(zhì) 熔點(diǎn)/℃ 沸點(diǎn)/℃
F2 －219.6 －188.1
Cl2 －101.5 －34.04
Br2 －7.25 58.8
I2 113.6 185.2
二、氫鍵與物質(zhì)性質(zhì)
聯(lián)想 質(zhì)疑
你注意到我們每天都離不開的水有什么反常之處嗎？物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，通常是體積變小，但水結(jié)冰后體積卻變大，如果是在密閉容器里的水結(jié)成冰，甚至可能將容器撐破。
另外，在氧族元素的氫化物中，常溫、常壓下硫化氫（H2S）、硒化氫（H2Se）、碲化氫（H2Te）都是氣體，只有水以液態(tài)存在。按照一般規(guī)律，水的沸點(diǎn)應(yīng)該低于硫化氫的沸點(diǎn)，但事實(shí)卻相反（圖2-4-4）。這是為什么？
水的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的反常現(xiàn)象以及水分子和冰晶體的性質(zhì)使人們推想，水分子之間除了范德華力以外還存在其他作用力，正是這種作用力，使得水分子之間的相互吸引作用變得更強(qiáng)，造成水的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的反常現(xiàn)象。人們計(jì)算出水分子之間的范德華力，發(fā)現(xiàn)它大約只占冰中水分子作用力測(cè)定值的1/6。為了解釋這些事實(shí)，科學(xué)家提出了氫鍵的概念。
1.什么是氫鍵
（1）氫鍵的概念：
當(dāng)氫原子與電負(fù)性大的原子X以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，氫原子與另一個(gè)電負(fù)性大的原子Y之間的靜電作用。
（2）氫鍵的實(shí)質(zhì)：
靜電作用。
每個(gè)水分子最多可與四個(gè)水分子形成四個(gè)氫鍵
（3）氫鍵的表示形式：
通常用X—H…Y表示氫鍵，其中X—H表示氫原子和X原子以共價(jià)鍵相結(jié)合。
（4）氫鍵的特征：
具有方向性和飽和性。
2.氫鍵形成的條件
(1)在X—H…Y中，氫原子兩邊的X原子和Y原子所屬元素具有較大的電負(fù)性和較小的原子半徑。一般是氮原子、氧原子和氟原子。
(2)氫原子位于X原子和Y原子之間且X原子和Y原子具有強(qiáng)烈吸引電子的作用。
當(dāng)X原子和Y原子是位于元素周期表的右上角元素的原子時(shí)，更容易形成氫鍵，如氮原子、氧原子和氟原子等。
化學(xué)與生命
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的氫鍵
DNA分子有兩條鏈，鏈內(nèi)原子之間以很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，鏈之間則是兩條鏈上的堿基以氫鍵為主要的相互作用維系在一起（圖2-4-7），兩條鏈在許多的氫鍵及其他相互作用下形成獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是遺傳基因復(fù)制機(jī)理的化學(xué)基礎(chǔ)。
3.氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響
(1)當(dāng)形成分子間氫鍵時(shí)，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)將升高。
分子內(nèi)氫鍵
分子間氫鍵
-150
-125
-100
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
2
3
4
5
×
×
×
×
CH4
SiH4
GeH4
SnH4
NH3
PH3
AsH3
SbH3
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S
H2Se
H2Te
沸點(diǎn)/℃
周期
如圖：一些氫化物的沸點(diǎn)
思考：
一般：同一主族非金屬氫化物，從上到下，Mr逐漸增大，熔沸點(diǎn)應(yīng)逐漸升高．而HF、H2O、NH3的沸點(diǎn)卻出現(xiàn)反常的高，為什么？
說(shuō)明在HF、H2O、NH3分子間還存在除范德華力之外的其他分子間作用力—?dú)滏I。
(2)氫鍵也影響物質(zhì)的電離、溶解等過(guò)程。
如果溶質(zhì)分子與溶劑分子間可以生成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。例如，氨氣極易溶于水，溶解度約為1：700；乙醇能與水任意比互溶。
追根尋源
為什么水呈現(xiàn)出獨(dú)特的物理性質(zhì)
水分子之間存在著氫鍵，使水的沸點(diǎn)比硫化氫的沸點(diǎn)高出139 ℃，導(dǎo)致在通常狀況下水為液態(tài)，地球上因此有了生命。冰中的水分子之間最大程度地形成氫鍵。由于氫鍵有方向性，每個(gè)水分子的兩對(duì)孤對(duì)電子和兩個(gè)氫原子只能沿著四個(gè)sp3雜化軌道的方向分別與相鄰水分子形成氫鍵，因此每個(gè)水分子只能與周圍四個(gè)水分子接觸。水分子之間形成的孔穴造成冰晶體的微觀空間存在空隙，反映在宏觀性質(zhì)上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的這一獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使冰可以浮在水面上，從而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰層下的水中存活。
追根尋源
冰中每個(gè)氫原子分享到一個(gè)氫鍵，折合每摩爾冰有 2NA個(gè)氫鍵（NA為阿伏加德羅常數(shù)）。
冰中氫鍵的作用能為 18.8 kJ·mol-1，而冰的熔化熱只有5.0 kJ·mol-1。當(dāng)在0℃冰融化成水時(shí)，即使熔化熱全部用于破壞氫鍵，也只能使大約 13%的氫鍵遭到破壞，水中仍存在著許多由氫鍵作用而形成的小集團(tuán)（H2O)n。溫度升高使冰融化為水的過(guò)程，實(shí)際上包括兩種過(guò)程∶水分子間的氫鍵減少，使水的密度變大，水分子的熱運(yùn)動(dòng)即熱膨脹作用使水的密度減小。隨著溫度升高，前一過(guò)程的作用由強(qiáng)變?nèi)酰笠贿^(guò)程的作用由弱變強(qiáng)，在 4 ℃時(shí)兩種作用達(dá)到平衡。所以，當(dāng)溫度升高時(shí)，由0℃到 4℃時(shí)水的密度逐漸增大，4℃時(shí)水的密度達(dá)到最大，4℃后水的密度變小。
追根尋源
羊毛織品水洗后為什么會(huì)變形
大家知道，羊毛織品水洗后會(huì)變形，這是什么原因呢 羊毛纖維是蛋白質(zhì)構(gòu)成的，蛋白質(zhì)上的氨基和羰基可能會(huì)形成氫鍵。羊毛在浸水和干燥的過(guò)程中，會(huì)在這些氫鍵處納入水和去除水，而且其變化往往是不可逆的，從而改變了原先蛋白質(zhì)的構(gòu)造，即原先的氫鍵部位可能發(fā)生移動(dòng)，由此引起羊毛織品變形。
范德華力、氫鍵的比較
概念 范德華力 氫鍵
定義 物質(zhì)分子之間普遍存在的一種作用力
作用微粒 分子
特征 無(wú)方向性和飽和性
強(qiáng)度
已經(jīng)與電負(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性很大的原子之間的靜電作用
H與N、O、F
有方向性和飽和性
氫鍵>范德華力
概念 范德華力 氫鍵
影響強(qiáng)度的
因素 ①隨分子極性的增大而增大
②分子組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對(duì)分子質(zhì)量越大,范德華力越大
對(duì)物質(zhì)
性質(zhì)的
影響 ①影響物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等物理性質(zhì)
②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大,物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高,如CF4對(duì)于X—H…Y,X、Y的電負(fù)性越大,Y原子的半徑越小,作用越強(qiáng)
①分子間氫鍵的存在,使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高,在水中的溶解度增大。
如熔、沸點(diǎn):H2O>H2S
②分子內(nèi)氫鍵降低物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)
分子間作用力
范德
華力
氫鍵
概念
實(shí)質(zhì)
特征
作用
1.下列關(guān)于氫鍵的說(shuō)法正確的是(　　)
A.由于氫鍵的作用,使NH3、H2O、HF的沸點(diǎn)高于同主族其他元素氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)
B.氫鍵只能存在于分子間,不能存在于分子內(nèi)
C.根據(jù)氫鍵鍵能的大小可知,沸點(diǎn)高低順序?yàn)镠F>H2O>NH3
D.相同量的水在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)時(shí)均有氫鍵,且氫鍵的數(shù)目依次增多
A
2.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.鹵化氫中,以HF沸點(diǎn)最高,是由于HF分子間可以形成氫鍵
B.鄰羥基苯甲醛的熔、沸點(diǎn)比對(duì)羥基苯甲醛的熔、沸點(diǎn)低
C.H2O的沸點(diǎn)比HF的沸點(diǎn)高,是由于水分子間形成的氫鍵鍵能大
D.氨氣極易溶于水與氨氣分子和水分子之間可以形成氫鍵有關(guān)
C
3．下列關(guān)于范德華力影響物質(zhì)性質(zhì)的敘述中，正確的是(　　)
A．范德華力是決定由分子構(gòu)成的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)高低的唯一因素
B．范德華力與物質(zhì)的性質(zhì)沒有必然的聯(lián)系
C．范德華力能夠影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)
D．范德華力僅影響物質(zhì)的部分物理性質(zhì)
D
4.下列物質(zhì)的變化中,破壞的主要是范德華力的是(　　)
A.碘單質(zhì)的升華
B.NaCl溶于水
C.將冰加熱變?yōu)橐簯B(tài)
D.NH4Cl受熱分解
A
5．下列關(guān)于范德華力的敘述中，正確的是(　　)
A．范德華力是化學(xué)鍵
B．范德華力與化學(xué)鍵的強(qiáng)弱相同
C．范德華力實(shí)質(zhì)是一種靜電引力
D．范德華力非常微弱，故破壞范德華力不需要消耗能量
B
6.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.鹵族元素的氫化物中HF的沸點(diǎn)最高，是由于HF分子間存在氫鍵
B.鄰羥基苯甲醛的熔、沸點(diǎn)比對(duì)羥基苯甲醛的熔、沸點(diǎn)低
C.的沸點(diǎn)比HF的沸點(diǎn)高，是由于水中氫鍵的鍵能大
D.氨氣極易溶于水與氨氣分子和水分子間形成氫鍵有關(guān)
C
7.下列說(shuō)法不正確的是(　　)
A.分子間作用力是分子間相互作用的總稱
B.分子間氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)的溶解度及熔、沸點(diǎn)有影響
C.范德華力和氫鍵可同時(shí)存在于分子之間
D.氫鍵是一種特殊的化學(xué)鍵,它廣泛地存在于自然界中
D

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