分子间作用力的作用机制及应用

分子间力（intermolecular force）就是分子与分子之间产生的相互作用力，由于这种力是范德华第一个提出来的，所以又称为范德华力（Van der Waals'force）。

1.取向力

取向力（orientation force）只存在于极性分子与极性分子之间。如图3－39所示。

当两个极性分子相互接近时，会产生同极相斥、异极相吸的作用，这种作用使得分子发生相对转动，结果使一个分子的正极与另一个分子的负极接近，系统中的分子将按极性的方向做定向排列。极性分子的这种运动称为取向，由于取向而产生的吸引力称为取向力。

取向力的本质是静电引力。分子的偶极矩越大，分子间静电引力越强，取向力就越大；系统的温度越高，分子的热运动越剧烈，分子的定向就越困难，取向力就越小；取向力随分子间距离增大而迅速减小。

图3－39　分子间作用力之取向力

2.诱导力

诱导力（induced force）存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间。

非极性分子在极性分子固有偶极的作用下，正、负电荷中心将产生相对位移，从而产生诱导偶极。这种现象在极性分子之间也存在，其结果使分子原有偶极加大。这种由于诱导而产生的作用力称为诱导力。诱导力产生的过程图示如图3－40所示。

图3－40　诱导力产生过程(www.xing528.com)

诱导力的本质也是静电引力。极性分子的偶极矩越大，诱导作用越强，诱导力越大；非极性分子（或其他极性分子）的半径越大，产生的诱导偶极越大，诱导力越大；诱导力随分子间距离增大而迅速减小。

3.色散力

色散力（dispersion force）存在于任何分子之间，在分子间力的数值中占有相当大的比重。

色散力可看作分子的“瞬时偶极”相互作用的结果。在某一瞬间，因核及电子的运动，正、负电荷中心会出现暂时的不重合现象，由此使分子在瞬间产生的偶极就是瞬时偶极。瞬时偶极之间的相互吸引力称为色散力，又称为伦敦力（London force）。如图3－41所示。

图3－41　伦敦色散力（I2键）

总之，在非极性分子之间只存在色散力；在极性分子与非极性分子之间存在着色散力和诱导力；在极性分子与极性分子之间存在着色散力、诱导力和取向力。三种力的总和称为分子间力，它是永远存在于分子之间的一种电性作用力。其作用能比化学键小1～2个数量级，作用范围一般只有300～500 pm；分子间力没有饱和性，也没有方向性。

在一般情况下，如分子的极性不是很大，则色散力远大于诱导力和取向力，表3－11列出了部分分子中各种分子间力的分配情况。

表3－11　分子间作用力及其分配情况

一般来说，结构相似的同系列物质相对分子质量越大，色散力越大，物质的熔沸点越高。例如稀有气体、卤素等，其沸点和熔点都是随着相对分子质量的增大而升高的。