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峨腾包
6 years ago
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1 Chapter 5 Liquids and solids 5-1 Intermolecular Forces

2 Condensed Phase Gas Energy kj/mol Liquid Solid Intermolecular Interaction 分子間作用力的能量

3 Electrostatic Interactions 分子之間的作用力皆源自靜電作用力 ( 庫倫作用力 coulombic interactions) 觀點並可分為 : Ion-Ion Forces ( 1/r) Ion-Dipole Forces ( 1/r 2 ) Dipole-Dipole Forces ( 1/r 3 ) London Forces ( 1/r 6 ) Hydrogen Bonding

4 Table of Intermolecular Interactions

5 Ion-Ion Forces q 1q 2 1 E P r r 4 0 Long Range Interaction Force: Ionic Bonds between Na + -Cl -

6 Ion-Dipole Forces Hydration( 水合 ) : The attachment of water molecules to solute molecules, NaCl dissolve in water +

7 鹽類溶於水中 + -

8 Hydrated Salt 當鹽類 ( 離子化合物 ) 結晶時, 有些鹽類會保留一些水分子在身邊, 此鹽類稱為水合鹽 (hydrate or hydrated salt), 常常在礦物中見到, 如 : Na 2 CO 3.10H 2 O CuSO 4.5H 2 O Copyright Jeff Weissman Photographic Guide to Mineral Species

9 Ion-Dipole Interaction E P Ze 2 aq 4 ( r 2 a 2 ) Z r 2 2a +q -q +ze =2aq (dipole moment) Z 是離子的電荷數

10 Ion-Dipole 作用力特性比 ion-ion 作用力還容易受距離的影響, 因此只有在 ion 及 dipole 很近的時候作用力才強通常,ion-dipole 作用力比 ion-ion 作用力小

11 水合鹽 CuSO 4.5H 2 O OSO 3 H 2 O OH 2 Cu H 2 O O H Å 2.43 Å OSO 3

12 CuSO 4 5H 2 O 結晶水的蒸發

13 形成水合鹽的特性 Hydrate CuSO 4.5H 2 O Anhydrous Compound CuSO 4 加熱去除結晶水離子半徑越小, Ion-Dipole 作用力越大, 越容易形成 hydrate, 如 : Hydrated Salt: Li + (76 pm), Na + (102 pm) Anhydrous Salt: K + (138 pm), Rb + (152 pm), Cs + (167 pm), NH 4 + (143 pm) 正電荷越多, Ion-Dipole 作用力越大, 越容易形成 hydrate, 如 : Hydrated Salt: Ba 2+ (136 pm), La 3+ (122 pm) Anhydrous Salt: K + (138 pm)

14 Example Calculate the ratio of the potential energies for the interaction of a water molecule with an Al 3+ ion and with a Be 2+ ion. Take the center of the dipole to be located at r ion pm Which ion will attract a water molecule more strongly? Note: The ionic radius of Al 3+ is 54 pm and that of Be 2+ is 45 pm.

15 (Dipole-Dipole) l, s Interaction E P aq 2 aq r ( r a 2 2 ) 1 3 r 2 +q 1 -q 1 +q 2 -q 2

16 Dipole Liquid Freon 11,CFCl 3

17 (Dipole-Dipole) l, s 作用力特性對於作用力的距離關係為 3 次方, 因此 dipole-dipole 比 ion-ion 及 iondipole 的作用範圍還短又因為 dipole 上的 q 是部分電荷 ( 即 q<1, 而 ion 上的電荷為整數 1 2 或 3), 因此 dipole-dipole 的作用力遠比 ion-ion 及 ion-dipole 小得多

18 Ex 5.13 下列何者的排列的分子間吸引力最強

19 (Dipole-Dipole) g 作用力 Rotating Dipole Interaction Energy E P 2 1 r 6 2 2

20 Which would you expect to have the higher boiling point, p- dichlorobenzene or o- dichlorobenzene? Example

21 轉瞬產生的部分電荷非極性分子也會產生偶極矩, 稱為瞬間 (fleeting) 偶極矩 : 單一非極性氫分子的電子雲並不是永遠的均勻分佈在原子核四周 ( 右中圖 ) 有時集中在左邊 ( 右上圖 ) - H H + 有時集中在左邊 ( 右下圖 ) + -

22 Induced Dipole Moment 當兩個非極性氫分子的電子雲互相靠近, 雙方浮動的電子雲會稍微改變原先的分佈情形而產生靜電吸引力! 此靜電吸引力稱為 London Forces 非極性分子因相互靠近產生偶極距稱為誘導偶極矩 (induced dipole moment)

23 London Force 分子容不容易產生誘導偶極矩, 其跟此分子極化率 (polarizability, ) 非常有關分子的極化率 ( ) 越大, 代表此分子對其電子雲越無束縛 E P 1 r 6 2 力因此當此分子稍微受外在環境的影響, 即可產生比較大的誘導偶極矩 (induced dipole moment)

24 影響 London Force 的因素一 London Force 與分子的大小有關分子半徑越大意味此分子對其電子雲越無束縛力, 代表分子的極化率 ( ) 越大因此分子之間吸引力越大, 沸點越高

25 影響 London Force 的因素二分子的幾何形狀 : 長條形分子的 London Force 比圓形分子的 London Force 還強

26 Which would you expect to have the higher boiling point, pentane or 2,2-dimethylpropane? Example

27 Dipole-Induced-Dipole Interaction 這種作用力通常發生在非極性分子容在極性分子溶液中, 如 : 氫氣溶在水中氧氣溶在水中 E P 2 1 r 6 2

28 Van der Waals Force A weak attractive force between molecules includes: Rotating Dipole Interaction Energy London Force E P C r 6 Dipole-Induced-Dipole Interaction

29 Example Explain the trend in the boiling points of the hydrogen halides: HCl, HBr and HI.

30 不尋常的高沸點

31 Hydrogen Bonding 分子會產生強氫鍵是因為該分子含有 O H N H 或 F H 原子團, 由於 N, O, F 原子的陰電性強並含有一對以上的孤電子對形成原因 : 101 nm 175 nm 強偶極與偶極作用 ( 1/r 3 ) 電子轉移作用氫鍵的強度約等於共價鍵的 10%

32 日常生活的氫鍵 DNA 雙螺旋結構 (double helix) 木材的纖維素 (cellulose)

33 Example Which of the following intermolecular links can be made by hydrogen bonds CH 3 NH 2 to CH 3 NH 2 CH 3 OCH 3 to CH 3 OCH 3 HBr to HBr; HNO 3 to HNO 3 H 3 PO 4 to H 3 PO 4

34 Example Identify the kinds of intermolecular forces that might arise between molecules of each of the following substance (a)ch 3 OH (b) cis-chcl=chcl (c) trans-chcl=chcl (d) Br 2

35 Old Exam Identify the kinds of intermolecular forces that might arise between polymer molecules PE PE C C C C C C C C C C C C C C C C C Polyester Nylon - 66

36 簡易合成的 Nylon O O O CH 2 4 O C 6 H 14 + NH 3 CH 2 NH H 2 O

37 Nylon 有分子間氫鍵 O O CH 2 4 O N H CH 2 6 N H O CH 2 4 O n N H CH 2 NH O O CH 2 4 O N H CH 2 6 N H O CH 2 4 O n N H CH 2 NH 3 + 6

基礎化學 ( 一 ) 講義目次第 1 章物質的組成 1 1 物質的分類 1 1 2 原子與分子 16 1 3 原子量與分子量 31 1 4 溶液 48 實驗二硝酸鉀的溶解與結晶 74 國戰大考試題 78 實驗相

基礎化學 ( 一 ) 講義目次第 1 章物質的組成 1 1 物質的分類 1 1 2 原子與分子 16 1 3 原子量與分子量 31 1 4 溶液 48 實驗二硝酸鉀的溶解與結晶 74 國戰大考試題 78 實驗相內容由蔡明倫老師和李雅婷老師編纂基礎化學 ( 一 ) 講義第 1 章物質的組成班級 : 拉瓦節和其使用的實驗儀器座號 : 姓名 : 基礎化學 ( 一 ) 講義目次第 1 章物質的組成 1 1 物質的分類 1 1 2 原子與分子 16 1 3 原子量與分子量 31 1