§10、3 分子晶体
10、3、1、分子的极性
任何共价键分子中，都存在带正电荷的原子核和带负电荷的电子。尽管整个分子是电中性的，但可设想分子中两种电荷分别集中于一点，分别称为正电荷重心和负电荷重心，即：“ ”极和“-”极。如果正、负电荷重心重合，则分子无极性。否则，称为极性分子。
双原子分子的极性和化学键的极性是一致的。例如， 分子由非极性共价键结合，它们都是非极性分子； 等分子由极性共价键结合，正、负电荷重心不重合，它们都是极性分子。
多原子分子的极性由分子组成和结构决定。若分子构型是对称的，则为非极性分子；反之，则为极性分子。例如CO2分子中的C-O键虽为极性键，但由于CO2分子是直线型，结构对称。两边键的极性相互抵消，整个分子的正、负电荷重心重合，因此CO2分子是非极性分子；而H2O分子是V形的，构型不对称，分子正、负电荷重心不重合，故为极性分子；
分子极性的大小可用偶极矩来衡量。即
μ＝q ×
式中μ——偶极矩， ；
Q——分子正电荷重心的电量，C；
——正、负电荷重心的距离， 。
偶极矩是矢量，规定方向由正电荷重心指向负电荷重心。
偶极矩μ = 0 的分子叫做非极性分子，如同核双原子分子的实测偶极矩都等于零，是非极性分子。
偶极矩μ≠00的分子叫做极性分子。如异核双原子分子HF 、HCl 、HBr 、HI 的极性依次减小。
10、3、2、分子间的吸引作用
分子间力是一类弱作用力。化学键的键能数量级达10 2，甚至10 3kJ/mol ，而分子间力的能量只达10-1~10-2kJ/mol 的数量级，比化学键弱得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，只有当分子或基团距离很近时才显现出来。
分子具有极性和变形性是分子间产生作用力的根本原因。
1、范德华力
范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。分为色散力、诱导力和取向力。
（1）.取向力
极性分子本身存在的正、负两极称为固有偶极。当两个极性分子充分靠近时，固有偶极就会发生同极相斥、异极相吸的取向（或有序）排列。这种极性分子与极性分子之间的固有偶极之间的静电引力称为取向力，又叫定向力。
取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。取向力的本质是静电引力，其大小决定于极性分子的偶极矩。分子的极性越强，偶极矩越大，取向力越大。如：HCl 、HBr 、HI 的偶极矩依次减小，因而其取向力依次减小。此外，取向力还受温度的影响，温度越高，取向力越弱。
对大多数极性分子，取向力仅占其范德华力构成中的很小分额，只有少数强极性分子例外。
（2）.诱导力
极性分子的固有偶极是一个微小的电场，当非极性分子与其充分靠近时，就会被极性分子所极化（在电场作用下，分子正、负电荷重心发生偏离而产生或增大偶极的现象），进而产生诱导偶极，这种诱导偶极与极性分子的固有偶极之间的的静电引力称为诱导力。
诱导力存在于极性分子与非极性分子之间、极性分子与极性分子之间。
诱导力的本质是静电引力。其大小决定于极性分子的固有偶极矩大小和被诱导分子变形性的大小决定的诱导偶极矩。极化率越大，分子越容易变形，在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。极化率相同的分子在固有偶极矩较大的分子作用下产生的诱导力也较大。分子间的距离越大，诱导力越弱，且诱导力随距离增大 而迅速减小。诱导力与温度无关。
（3）.色散力
非极性分子的偶极矩为零，似乎不存在相互作用。事实上，分子内的原子核和电子在一刻不停的运动。在某一瞬间，正、负电荷重心发生相对位移，使分子产生瞬时偶极。当两个或多个非极性分子在一定条件下充分靠近时，就会由于瞬时偶极而发生异极相吸的作用。这种由瞬时偶极而产生的相互作用力，称为色散力。
瞬时偶极很短暂，稍现即逝。但由于原子核和电子时刻在运动，瞬时偶极不断出现，异极相邻的状态也时刻出现，所以分子间始终存在色散力。
任何分子都会产生瞬时偶极，因此色散力不仅是非极性分子之间的作用力，也存在与极性分子与极性分子之间、极性分子与非极性分子的相互作用之中。
色散力的本质是静电引力。其大小与分子的变形性有关。通常组成、结构相似的分子，相对分子量越大，分子越易变形，其色散力就越大。例如，稀有气体 从 到，卤素单质从F2到I2，卤化硼从BF3到BI3，卤素氢化物从HF到HI等，随着相对分子量的增大，色散力递增。色散力没有方向，分子的瞬时偶极距的矢量方向在时刻变动着。
三种分子间力中，色散力不仅是所有分子都有的最普遍存在的范德华力，而且经常是范德华力的主要构成，取向力次之，诱导力最小。观察下面数据:
kJ/mol取向力 诱导力 色散力
Ar 0 0 8.49
HCl 3.305 1.104 16.82
通常情况下，分子间力以色散作用力为主（除强极性分子HF、H2O等极性非常大的物质外）。
表10-11 分子间的吸引作用。
分子间力比化学键弱的多，即使在分子晶体中或分子靠得很近时，其作用力仅是化学键的1%-10%。并且只有在分子间距小于500 时，才表现出分子间力，并随分子间距的增加而迅速减小，因此分子间力是短程力，无方向性和饱和性。
（4）、分子间力对物质性质的影响
对物质熔、沸点的影响 共价化合物的熔化与汽化，需要克服分子间力。分子间力越强，物质的熔、沸点越高。在元素周期表中，由同族元素生成的单质或同类化合物，其熔、沸点往往随着相对分子量增大而升高。
例如，按 的顺序，相对分子量增加，分子体积增大，变形性增大，色散力随着增大，故熔、沸点因此升高。露卤素单质都是非极性分子，常温下F2和 是气体， 是液体，而I2是固体，也反映了从F2到I2色散力依次增大的事实。卤化氢分子是极性分子按 顺序，分子的偶极距递减，变形性递增，分子间的取向力和诱导力依次减小，色散力明显增大，致使这几种物质的熔、沸点依次升高，这也说明在分子间色散力起主要作用。
卤化氢 HF
FI
沸点℃ -83 -115 -87 -51
熔点℃ 20 -85 -67 -35
对溶解性的影响 结构相似的物质易于相互溶解。极性分子易溶于极性溶剂之中，非极性分子易溶于非极性溶剂之中，这个规律称为“相似相溶”规律。原因是这样溶解前后分子间力的变化较小。
例如，结构相似的乙醇（CH3CH3OH）和水（H2O）可以任意比例互溶，极性相似的NH3和H2O有较强的互溶能力；非极性的碘单质（I2）易溶于非极性的苯或四氯化碳（ 中）溶剂中，而难溶于水。
依据“相似相溶”规律，在工业生产中和实验室中可以选择合适的溶剂进行物质的溶解或混合物的萃取分离。
（5）分子间力的应用。328
