第4章分子间相互作用与溶剂特性优秀课件
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物理化学中科大第四章溶液
即定温下是一常数；即若CO2溶于水的总浓度为m，则溶液中CO2分子状态的CO2浓度为： m = m(1－) （常数） 由亨利定律： P1= kmm = km m (1－) = [ km (1－) ]m = km m 式中的km也为常数，也可叫作Henry常数。
例1. CO2在水中能部分地与溶剂（水）化合形成“溶剂化物（H2CO3）”，H2CO3的电离度很小，电离常数k1= 4.3×10－7，计算时可忽略其电离部分浓度。 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3－ （k1忽略） m(1－) 1 m 由
固态盐类通常是离子晶体，离子间的引力很大，只有用强极性的溶剂方能溶解，非极性溶剂不能溶解。这也说明为什么一般无机盐在水中均有一定的溶解度，而在有机溶剂的溶解度则大大降低。 上述定性规则也有不少例外，故欲知物质在一液体中的溶解度，最可靠而直接的方法还是用实际方法来测定。
温度与溶解度： 一般说来物质溶解于某一液体中时，往往有热效应，既产生吸热或放热现象，故物质的溶解度往往与温度有关： 气体溶于水多为放热，故温度升高时，气体的溶解度将减小； 固体在水中的溶解度一般随温度升高而增大（少数例外）。若固体的晶型在温度变化范围内不变，则溶解度随温度的变化曲线是光滑连续的；若在某温度点发生晶型转变，则在该温度处其溶解度会突变，溶解度—温度曲线不连续。
二、溶解现象及溶解度
以前人们认为溶解现象仅是一物理现象，现在已认识到溶液中各物质分子之间的化学相互作用对溶液性质的影响，对于稀溶液还建立了一系列定量的理论，这些理论使我们有可能根据溶液的组成来预测溶液的某些性质。
01
可是对浓溶液来说，由于互相作用的复杂性，尚未很好地解决此问题。例如，关于物质在某一液体中的溶解度问题，现在还没有找出肯定的规律，更没有理论来定量地预测。但在定性方面可有一些规律可循，如：
分离科学分子间相互作用与溶剂特性
(4)2 r6
U ij
( i
2
j
2
ji
)
(4)2 r6
6
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
4.1.2.3 瞬间偶极相互作用力--色散力
U ij
3i j 2(4)2 r6
IiI j Ii I
j
I是分子的第一电离势。各种分子之间的电离 能相差不大，色散力主要取决于分子的极化 率即化学键的性质。
a) 溶质B各质点分离-类似汽化，吸收能量。 b) 溶剂A中形成一些空位来容纳溶质B，即破坏溶剂
分子之间的相互作用，需要吸收能量。 c) 溶质B进入溶剂A中空位即溶质分子与溶剂分子相
互作用，释放能量。
H AB H AA HBB 2H AB
13
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
相互作用，配合物的摩尔体积有所减小，
称为电缩（electrostriction），n'比n略小。
29
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
可以预测配合物的溶解度参数与配体的 大致相等而稍大，已为分配的实验证明。
同时结合分配基本方程式，还可以得到 ：
ln K D,MRn n ln K D,HR
溶剂选择一般原则： 1. 相似相溶，选择溶解能力最强的； 2. 保持极性不变，更换溶剂种类，使分离选
2 A
2
VCH 2
VA VCH 2
A
1
1
2 CH 2
2 A
VCH2
VA VCH2
19
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第四章 分子间相互作用与溶剂特性
当A分子足够大时，与VA相比VCH2非常小， 此时可近似得到：
4 分子间的相互作用与溶剂特性
4.2 物质的溶解与溶剂极性 • 溶剂选择性三角形 图4-2
• 溶剂选择性三角形中的溶剂分组 表4组 5 组 代表性溶剂 代表性溶剂
别 别
Ⅰ 脂肪醚、叔胺、四甲基胍、六甲 Ⅴ 二氯甲烷、二氯乙烷 基磷酰胺 Ⅱ Ⅵ 磷酸三苯酯、脂肪酮和酯、聚醚、 脂肪醇 二氧六环、乙腈 Ⅶ 硝基化合物、芳香醚、芳烃、卤代 吡啶衍生物、四氢呋喃、乙二醇 芳烃 Ⅲ 醚、亚砚、酰胺 Ⅳ 乙二醇、苯甲醇、甲酰胺、醋酸 Ⅷ 氟代烷醇、间甲基苯酚、氯仿、水
第4章 分子间的相互作用与溶剂特性
4.1 分子间的相互作用 • 带相反电荷的离子间的静电相互作用； • 离子与偶极分子间的相互作用； • 范德华力； • 氢键和电荷转移相互作用等；
4.1 分子间的相互作用
Lennard-Jones 方程— 分子间相互作用势能与分子间距离的函数关系:
(4-2)
排斥能
4.1 分子间的相互作用
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 物质的溶解过程：
溶解过程的能量变化：
溶剂分子间的 相互作用势能
△
HA-B = HA-A + HB-B – 2HA-B
溶质分子间的 相互作用势能
溶质分子与溶 剂分子间的相 互作用势能
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 相似相溶规律：溶质易溶于化学结构相类似或极 性相接近的溶剂中； 特例：
• 甲烷和二甲醚在四氯化碳和丙酮中的溶解度相差 很小；
• 十八酸与乙酸的互溶性不如十八酸与胺或吡啶的 互溶性好； • 聚乙二醇难溶于乙二醇中； • 乙烷易溶于丙酮而难溶于戊烷；
4.2 物质的溶解与溶剂极性 ◊ 溶剂的极性：
• 溶解度参数
可用来解释许多非电解质在有机溶剂中的溶解度以 及分离问题，其数学定义式为： δ i= (Ui)内
第4章 分子间相互作用与溶剂特性(共58张PPT)
各种分子之间的电离能相差不大〔880～1100 kJ/mol〕，色散 力主要取决于极化率，即化学键的性质。
现代分离方法与技术
色散力—色散力无处不在
色散相互作用普遍存在于各类化合物中。
非极性分子间相互作用力主要是色散力，如常温常压下，己 烷为液态、碘为固态。
许多有机物中，色散作用构成总吸引能的主要局部。
(a)表示D和A由一般分子间力连接， D和A之间未发生电 荷转移作用；
(b)表示电荷从D转移至A形成近于离子键状态的络合物。
现代分离方法与技术
5.芳香烃、烯烃上取代基的影响
取代基的性质对芳香烃和烯烃的电子接受或给予能力的影响 很大。 吸电子基团使不饱和烃成为电子接受体
常见吸电子基团： －N(CH3)3+ ，－NO2，－CF3，=O，－COOH， － CHO，－CN， －X，－COR，－SO3H，
＝E
为被诱导分子的极化率。
现代分离方法与技术
•诱导能
一个非极性〔或弱极性〕分子i处于邻近极性分子j的电场中时，
所产生的平均诱导能为： 为了保持氢键的数目，水分子会在非极性溶质外表有序地形成笼状排列〔右图所示〕。
(4) 罗氏〔溶剂〕极性标度〔p 〕
分子间相互作用是介于物理与化学相互作用之间的作用
选择性参数：不同类型分子间相互作用在该溶剂总作用中所占比例
电偶极矩
电负性差
现代分离方法与技术
正负电荷中心不重合便产生偶极
〔1〕永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。 〔2〕诱导偶极
外电场的作用使
分子变形产生的 偶极
这种现象称为
分子的极化
现代分离方法与技术
分子间的相互作用也
可产生极化
分子间的相互作用讲义与溶剂特性
精品
分子间的相互作用与溶剂特性
非极性分子：正负电荷重心重合。如CH4、BF3、CCl4 极性分子：正负电荷重心不重合。如NH3
μ：(a) 可通过实验方法测得； (b) 用于判断分子极性的大小和空间构型。
分子间作用力
分类 联系 量度
分子的极性与键的极性
分子的极性
键的极性
1、极性分子 2、非极性分子
谢谢观看
X—H···Y X，Y=F、O、N （虚线所示为氢键） X：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子
分子间作用力
2. 氢键的特点 氢键不是化学键
F
F
H
H 134° H
H
F
F
①键能介于化学键和分子间作用力之间 ②具有饱和性和方向性
分子间作用力
F
F
H
H 134° H
H
F
F
F
H 氢键的饱和性
● 同种分子之间氢键。 如H2O、HF、NH3等。
●不同种分子之间氢键。 如H2O与NH3、甲醇与水、乙醇与水等。
分子间作用力
（2）分子内氢键 H 两侧的电负性大的原子属于同一分子
O
O
NH
H
O
O 邻硝基苯酚
ON O
硝酸
分子间作用力
5. 氢键对物质性质的影响 (1) 有分子间氢键的化合物的熔点和沸点比没有氢键的
1、极性共价键 2、非极性共价键
双原子分子两者统一 多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间 构型有关 ）
电偶极矩
电负性差
2.分子的偶极 正负电荷中心不重合便产生偶极 （1）永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。
（2）诱导偶极 外电场的作用使 分子变形产生的 偶极
分子间的相互作用与溶剂特性
非极性分子：正负电荷重心重合。如CH4、BF3、CCl4 极性分子：正负电荷重心不重合。如NH3
μ：(a) 可通过实验方法测得； (b) 用于判断分子极性的大小和空间构型。
分子间作用力
分类 联系 量度
分子的极性与键的极性
分子的极性
键的极性
1、极性分子 2、非极性分子
谢谢观看
X—H···Y X，Y=F、O、N （虚线所示为氢键） X：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子
分子间作用力
2. 氢键的特点 氢键不是化学键
F
F
H
H 134° H
H
F
F
①键能介于化学键和分子间作用力之间 ②具有饱和性和方向性
分子间作用力
F
F
H
H 134° H
H
F
F
F
H 氢键的饱和性
● 同种分子之间氢键。 如H2O、HF、NH3等。
●不同种分子之间氢键。 如H2O与NH3、甲醇与水、乙醇与水等。
分子间作用力
（2）分子内氢键 H 两侧的电负性大的原子属于同一分子
O
O
NH
H
O
O 邻硝基苯酚
ON O
硝酸
分子间作用力
5. 氢键对物质性质的影响 (1) 有分子间氢键的化合物的熔点和沸点比没有氢键的
1、极性共价键 2、非极性共价键
双原子分子两者统一 多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间 构型有关 ）
电偶极矩
电负性差
2.分子的偶极 正负电荷中心不重合便产生偶极 （1）永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。
（2）诱导偶极 外电场的作用使 分子变形产生的 偶极
分子间相互作用与溶剂特性资料讲解
(i)jC D(41 0)26(i2 jji2)
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
化工分离技术
分子间范德华力大小
在上述三种范德华力中，色散力通常是主要的。 例如：在40C液态2-丁酮的内聚能计算值由8％的
当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。
即：
U() UaUb
化工分离技术
双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。
化工分离技术
分子间相互作用与溶剂特性
化工分离技术
第4章
分子间相互作用与溶剂选择
化工分离技术
4.1 分子间相互作用 4.2 静电相互作用 4.3 分子间范德华力 4.4 氢键相互作用 4.5 电荷转移相互作用 4.6 物质的溶解与溶剂极性 4.7 疏水相互作用
化工分离技术
分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
1. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、 随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一 个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
化工分离技术
分子间范德华力大小
在上述三种范德华力中，色散力通常是主要的。 例如：在40C液态2-丁酮的内聚能计算值由8％的
当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。
即：
U() UaUb
化工分离技术
双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。
化工分离技术
分子间相互作用与溶剂特性
化工分离技术
第4章
分子间相互作用与溶剂选择
化工分离技术
4.1 分子间相互作用 4.2 静电相互作用 4.3 分子间范德华力 4.4 氢键相互作用 4.5 电荷转移相互作用 4.6 物质的溶解与溶剂极性 4.7 疏水相互作用
化工分离技术
分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
1. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、 随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一 个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
《分子间的作用力》PPT演示课件
A．分子力总是对乙分子做正功
B．乙分子总是克服分子力做功
C．先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正
功 D．先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做 功
解析：
由于分子间距大于r0时，分子力表现为引力，因此
分子乙从远处移到距分子甲r0处的过程中如图分子力做正功；由
于分子间距离小于r0时分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子
也说明了分子间是有空隙的
D．压缩气体比压缩固体和液体容易得多，这是因为气体分
子间的距离远大于液体和固体分子间的距离
解析： 选项 个性分析
A错误 上面的水变咸是食盐分子扩散的结果 B错误 两种金属互相渗入是它们的分子相互扩散的结果 扩散现象中不同物质的分子相互渗透，说明分子 C正确 间有空隙 气体极易被压缩，是因为气体分子之间的距离是 分子直径的10倍以上，分子间的作用力很小，可 D正确 忽略不计，而固体、液体分子之间的距离很小， 压缩时分子间斥力较大，不易被压缩
力大于斥力，分子力表现为引力； r ＜r0时，引力小于斥力，分
A、B、D错． 答案： C
子力表现为斥力，由此可知ab线表示引力，cd线表示斥力，C对，
【反思总结】
分子力问题的分析方法
(1)平衡位置时，引力与斥力大小相等合力为零．
(2)r＞r0时，表现为引力；r＜r0时表现为斥力．
(3)引力、斥力均随距离变大而变小，斥力变化更快一些．
1 2 A．乙分子的动能变化量为 mv 2 1 2 B．分子力对乙分子做的功为 mv 2 1 2 C．分子引力比分子斥力多做了 mv 的功 2
1 2 D．分子斥力比分子引力多做了 mv 的功 2
解析：
当甲、乙两分子间距离最小时，两者都处于静止，
分子间的相互作用力PPT课件
第1页/共26页
• 主要是因为体积越小,气体的压强越大. 分子间斥力只在分子间距离小于分子的半径时才会明显增加,距离稍大则 分子间引力大于斥力,此时，分子力表现为引力。而气体分子间距是远大 于分子半径.
• 何时会表现为斥力？只有在压缩固体或液体时才可能有这种问题.
• 固体与液体分子处于平衡距离，在压缩固体或液体时，分子间距离减小， 小于平衡距离，分子间的斥力大于引力，分子力表现为斥力，由于分子力 为斥力，所以固体或液体很难被压缩
A．玻璃分子间的斥力比引力大 B．玻璃分子间不存在分子力的作用 C．一块玻璃内部分子间的引力大于斥力；而两块碎玻璃之间，分子引力和斥力大小相等合力为零 D．两块碎玻璃之间绝大多数玻璃分子间距离太大，分子引力和斥力都可忽略，总的分子作用力为零
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练 习 • 4.甲、乙两分子相距较远(分子力为零)，固定甲，然后让乙逐渐靠近甲，直到不能再靠近的过程中
第16页/共26页
热现象的宏观理论——研究热现象一般规律， 不涉 及热现象微观解释（热力学）
热学
热现象的微观理论——从分子动理论的角度 来研究宏观热现象的规律（统计物理学）
统计规律
物体是由大量分子组成，这些分子没有统一运动步调， 单独来看，各个分子的运动都是不规则的、带有偶然 性的，但从总体来看，大量分子的运动且有一定的规 律。
分子间的作用力 有时表现为斥力
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r0
F斥
F引 F引
F斥
（1）当r=r0=10-10m时，F引＝F斥，分子力F分＝0，
处于平衡状态
第10页/共26页
r＜r0
F斥
F引 F引
F斥
(2)当r＜r0时，随r的减小，F引、F斥都增大，F斥比F引增大得快， F斥＞F引，分子力表现为斥力，r减小，分子力增大
超分子化学分子间相互作用ppt课件
这两个原子的电负性越强，则氢键越强。
➢ 当X-H…Y三个原子取直线构型时氢键最强，但是 在很多情况下，受其他分子间或分子内作用的影响， 分子之间无法达到这样的取向。
➢ 氢键中X-H一般指向Y原子的孤对电子的方向，以 有利于氢键的形成。
➢ 氢键的键长一般被定义为X原子与Y原子之间的距
离，实验结果表明，氢键键长要比共价键键长以及
.
33
正离子-苯酚基团相互作用
X X
X=
KI
.
34
正离子-缺电子芳环相互作用
X X
X=-C6F5
.
35
π-共轭分子堆积、光电性能与超分 子调控
有机π-共轭材料因其多样性、质轻、柔软、
加工方便、光电性质可调等突出性能, 广泛
应用于有机电致发光器件(OLEDs)、有机场
效应晶体管(OFETs) 、有机太阳能电池(PCs)
.
8
非常规氢键
X-H‥π相互作用
π键体系，包括双键，三键，芳香环等，也能
够作为质子受体与卤化氢，O-H，N-H，C-H等质子
给体产生与氢键类似的相互作用，被称为氢键，或
者叫芳香氢键。
.
9
多重氢键加和作用 氢键识别组装成分子饼
三聚氰胺
氰尿酸
.
10
非常规氢键 X-H‥M氢键
.
11
非常规氢键
金属有机化合物中，发现了一些形成于金属原 子M与化学键X-H之间的X-H‥M氢键。含有富余电 子的金属原子M则替代氢键中的非金属原子充任质 子受体。这类氢键有如下特点： 金属原子通过配位键的作用，成为了富电子体系。 配合物中具有18电子组态的金属原子易于形成这种 氢键 X-H‥M氢键一般为直线形构型。
➢ 当X-H…Y三个原子取直线构型时氢键最强，但是 在很多情况下，受其他分子间或分子内作用的影响， 分子之间无法达到这样的取向。
➢ 氢键中X-H一般指向Y原子的孤对电子的方向，以 有利于氢键的形成。
➢ 氢键的键长一般被定义为X原子与Y原子之间的距
离，实验结果表明，氢键键长要比共价键键长以及
.
33
正离子-苯酚基团相互作用
X X
X=
KI
.
34
正离子-缺电子芳环相互作用
X X
X=-C6F5
.
35
π-共轭分子堆积、光电性能与超分 子调控
有机π-共轭材料因其多样性、质轻、柔软、
加工方便、光电性质可调等突出性能, 广泛
应用于有机电致发光器件(OLEDs)、有机场
效应晶体管(OFETs) 、有机太阳能电池(PCs)
.
8
非常规氢键
X-H‥π相互作用
π键体系，包括双键，三键，芳香环等，也能
够作为质子受体与卤化氢，O-H，N-H，C-H等质子
给体产生与氢键类似的相互作用，被称为氢键，或
者叫芳香氢键。
.
9
多重氢键加和作用 氢键识别组装成分子饼
三聚氰胺
氰尿酸
.
10
非常规氢键 X-H‥M氢键
.
11
非常规氢键
金属有机化合物中，发现了一些形成于金属原 子M与化学键X-H之间的X-H‥M氢键。含有富余电 子的金属原子M则替代氢键中的非金属原子充任质 子受体。这类氢键有如下特点： 金属原子通过配位键的作用，成为了富电子体系。 配合物中具有18电子组态的金属原子易于形成这种 氢键 X-H‥M氢键一般为直线形构型。
高等有机化学 第四章 溶剂效应
吸收峰的位置、强度和形状改变。 溶剂化显色物质的结构特点：
具有极性高的基态和极性小得多的激发态。
假设：激发态自由能在任何溶剂中接近恒定
（激发态）
极性溶剂
非极性溶剂
（基态）
ET ET
max 兰移
—1mol染料溶于溶剂中，由基态第一激发态所需能量。 ET越大，溶剂极性越强。 Dimrot将吡啶苯酚內铵盐作为标准物
过渡态电荷密度与起始原料相比：
增大、减小、相似
溶剂极性增加：有利、不利、无关
1）单分子溶剂解
Me3CBr + SH
质子溶剂
Me3C Br
T.S
电荷分离
Me3C - S + HBr
SH: EtOH
K相对 ： 1
80%EtOH ~H2O
10
50%EtOH ~H2O H2O HCOOH
29 1450 1.2×103
C6H5NO2
AlCl3
(98%) COCH3
(90%)
+ CH3CO
溶剂化作用强
ClCH2CH2Cl
C6H5NO2
非极性溶剂 强极性溶剂
络合物 体积大
分散剂
溶剂：丙酮（快） 甲醇（慢） Nu溶剂化
极性：较弱
较强
Nu亲核性↓ SN2慢
增强 I－亲核性
SN2快
同极型过渡态反应：
过渡态与起始物的电荷分布极相似，通常只有极小 的溶剂化效应，主要包括协同反应。
+
[
]
非极性溶剂→极性溶剂 反应速度增加3～15倍
离子溶剂简介 离子溶剂 （ionic liquid）:
顺式消除
RO-M+
[
]X
具有极性高的基态和极性小得多的激发态。
假设：激发态自由能在任何溶剂中接近恒定
（激发态）
极性溶剂
非极性溶剂
（基态）
ET ET
max 兰移
—1mol染料溶于溶剂中，由基态第一激发态所需能量。 ET越大，溶剂极性越强。 Dimrot将吡啶苯酚內铵盐作为标准物
过渡态电荷密度与起始原料相比：
增大、减小、相似
溶剂极性增加：有利、不利、无关
1）单分子溶剂解
Me3CBr + SH
质子溶剂
Me3C Br
T.S
电荷分离
Me3C - S + HBr
SH: EtOH
K相对 ： 1
80%EtOH ~H2O
10
50%EtOH ~H2O H2O HCOOH
29 1450 1.2×103
C6H5NO2
AlCl3
(98%) COCH3
(90%)
+ CH3CO
溶剂化作用强
ClCH2CH2Cl
C6H5NO2
非极性溶剂 强极性溶剂
络合物 体积大
分散剂
溶剂：丙酮（快） 甲醇（慢） Nu溶剂化
极性：较弱
较强
Nu亲核性↓ SN2慢
增强 I－亲核性
SN2快
同极型过渡态反应：
过渡态与起始物的电荷分布极相似，通常只有极小 的溶剂化效应，主要包括协同反应。
+
[
]
非极性溶剂→极性溶剂 反应速度增加3～15倍
离子溶剂简介 离子溶剂 （ionic liquid）:
顺式消除
RO-M+
[
]X
分子间的相互作用力课件ppt
03
药物作用机制
分子间相互作用力在药物作用机制中扮演重要角色，可以帮助人们更
好地理解药物的作用原理。
在化学反应中的作用
反应机理
分子间相互作用力参与化学反应的整个过程，对反应机 理有重要影响。了解分子间相互作用力有助于理解化学 反应的本质和规律。
催化剂设计
通过研究分子间相互作用力，可以帮助人们设计和优化 催化剂，降低化学反应的活化能，提高反应速率和产物 选择性。
分类
分子间相互作用力主要可分为范德华力、氢键、离子键和共 价键等。
分子间相互作用力的重要性
物理化学过程
分子间相互作用力是影响物质物理化学性质和反应性能的关键因素。
生命过程
分子间相互作用力在生命过程中起着至关重要的作用，如蛋白质-核酸相互作 用、蛋白质-脂质相互作用等。
分子间相互作用力的历史与发展
特点
范德华力是一种长程力，随着分子间距离的增 加而迅速下降。
3
影响
范德华力对分子聚集和相变等物理现象有重要 影响。
氢键
概念
氢键是分子间相互作用力的一种，是由氢原子与 电负性原子之间的相互作用形成的。
特点
氢键是一种短程力，其作用范围通常在300pm以 内。
影响
氢键对物质的物理性质如熔点、沸点和粘度等有 重要影响。
量子力学模拟
利用量子力学原理模拟分子间的相互作用，预测分子的电子结构和 化学反应性质。
谱学方法
红外光谱
通过分析分子在不同波长下的红外吸收，推测分子的振动和相互 作用方式。
核磁共振谱
通过分析原子核的磁矩变化，推断分子内部的结构和动态行为。
拉曼光谱
利用激光激发分子产生的拉曼散射，分析分子的振动和相互作用 。
绪论分子间相互作用与溶剂特性实用PPT资料
范德华力（Van Der Waals Force）
二、诱导偶极相互作用力 非极性分子没有固有偶极，但当受到电场作用 时，
分子中的电荷分布发生变化，正负电荷中心分离，从而 产生诱导偶极。
诱导偶极矩的大小与外电场强度成正比。
' E
α——被诱导分子的极化率，越大，越易被诱导。 四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等固有偶极矩很小，但极 化率较高，容易被诱导，在极性溶剂中具有较高的极化能。
§1.3 分离过程的本质
如果混合或分离过程体系总自由能降低， 则混合或分离可以自发进行。
§1.4 分离方法的分类
能量或分离剂
原料（混合物）
分离装置
目标产物 残余物
不同物质之所以能相互分离，是基于各物质之间的 物理、化学或生物学性质的差异。并且，性质差异 可以与外场能量有多种组合形式，能量的作用方式 也可以有变化，因此衍生出多种多样的分离方法。
绪论分子间相互作用与溶剂特性
商品 分离
案例1：今幸胶囊——人参皂苷Rh2
【功 能】可提高自身免疫功能，增强抗病能力；是黑色素瘤、 乳腺癌、卵巢癌、肝癌、胃癌、肺癌、骨癌、胰腺癌、 结肠癌、血癌、喉癌、前列腺癌等癌症患者在治疗和 康复过程中的上佳辅助保健食品。
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案例2：食用海藻与砷！
平时20作业考勤专题30期末50小专题展示汇报要求专题主体为具体的分离技术介绍及应用展示专题展示要求在讲清楚相关分离方法或技术相关知识点的基础上必须有相应的应用实例辅助说明2个实例必须注明具体文献出处23人一组自由组合相互协作一人主讲其他同学可作必要补充小专题自选或由老师指定准备时间一周左右汇报时间控制在1015min汇报ppt与个人材料须发给老师并做分工说明第四章分子间的相互作用与溶剂特性41分子间的相互作用42物质的溶解与溶剂极性43疏水相互作用41分子间的相互作用静电相互作用范德华力永久偶极相互作用力诱导偶极相互作用力色散力电荷转移相互作用1
分子间的相互作用力课件ppt
加强基础研究
将分子间相互作用力的研究与生物学、物理学、化学等学科进行交叉融合，拓展研究领域，发掘新的应用前景。
跨学科交叉研究
加强实验手段的应用，通过实验验证和发现分子间相互作用力的新现象和新规律，推动研究发展。
注重实验研究
研究趋势
利用先进的谱学技术，精确测定分子间相互作用力的类型和作用位点，为药物设计和材料研发提供有力支持。
静电相互作用力的大小取决于相互作用的电荷量、电荷密度和距离等因素。
03
色散力是由于分子的热运动而引起的；诱导力是由于分子极化而引起的；取向力是由于分子取向排列而引起的。
范德华力
01
分子间相互作用的一种非共价键结合力，包括色散力、诱导力和取向力。
02
范德华力主要存在于非极性分子之间，作用范围在10^(-10)～10^(-6)m之间。
定义
分子间的相互作用力具有远程作用和高度选择性，其强度和方向受到分子的结构、电荷分布、极性、溶剂等历史与发展
2
3
早在古希腊时代，人们就已经开始研究分子之间的相互作用，提出了“原子论”等理论。
早期研究
随着化学和物理学的不断发展，科学家们逐渐认识到分子间的相互作用与化学反应和物质性质之间的关系。
原子间通过共享电子而形成的相互作用力称为共价键。
共价键是化学反应中原子间相互作用的主要形式，也是构成有机分子和无机分子的基本作用力。
共价键的形成需要满足两个条件：一是要有两个或两个以上的原子；二是要满足原子轨道的重叠和电子的共享。
共价键
03
分子间的相互作用力的应用
分子设计概述
01
分子设计是指利用分子间相互作用力，设计具有特定性质和功能的分子或分子聚集体。
在分子间相互作用力的模拟中，有限元分析法可以用于分析分子在不同条件下的变形、应力和振动等性质。
将分子间相互作用力的研究与生物学、物理学、化学等学科进行交叉融合，拓展研究领域，发掘新的应用前景。
跨学科交叉研究
加强实验手段的应用，通过实验验证和发现分子间相互作用力的新现象和新规律，推动研究发展。
注重实验研究
研究趋势
利用先进的谱学技术，精确测定分子间相互作用力的类型和作用位点，为药物设计和材料研发提供有力支持。
静电相互作用力的大小取决于相互作用的电荷量、电荷密度和距离等因素。
03
色散力是由于分子的热运动而引起的；诱导力是由于分子极化而引起的；取向力是由于分子取向排列而引起的。
范德华力
01
分子间相互作用的一种非共价键结合力，包括色散力、诱导力和取向力。
02
范德华力主要存在于非极性分子之间，作用范围在10^(-10)～10^(-6)m之间。
定义
分子间的相互作用力具有远程作用和高度选择性，其强度和方向受到分子的结构、电荷分布、极性、溶剂等历史与发展
2
3
早在古希腊时代，人们就已经开始研究分子之间的相互作用，提出了“原子论”等理论。
早期研究
随着化学和物理学的不断发展，科学家们逐渐认识到分子间的相互作用与化学反应和物质性质之间的关系。
原子间通过共享电子而形成的相互作用力称为共价键。
共价键是化学反应中原子间相互作用的主要形式，也是构成有机分子和无机分子的基本作用力。
共价键的形成需要满足两个条件：一是要有两个或两个以上的原子；二是要满足原子轨道的重叠和电子的共享。
共价键
03
分子间的相互作用力的应用
分子设计概述
01
分子设计是指利用分子间相互作用力，设计具有特定性质和功能的分子或分子聚集体。
在分子间相互作用力的模拟中，有限元分析法可以用于分析分子在不同条件下的变形、应力和振动等性质。
分子间的相互作用ppt课件
分子水平上，一个憎水分子周围溶剂分子
笼的形成与溶剂分子间新氢键的形成有关。 这个过程放出热量，足够使憎水分子在极 性溶剂中自发缔和。由于憎水分子的集群 使溶剂的结构要求减少因而导致的熵增是 憎水作用的起源，它使胶束和生物高聚物 中的憎水集团趋于稳定。憎水所用是一个 溶剂趋向更大混乱度而导致的有序化过程 的例子。
两者相互吸引。相距为r的分子的平均相互 作用能为
V=-C/r6, C=μ12α2’/4πε0
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12
• 诱导偶极-诱导偶极作用
非极性分子即使都不含有永久偶极矩也会
相互吸引，明显的证据是非极性物质可以 形成凝聚相，如氢在低温时的液化，而苯 在常温就以液态存在。
非极性分子间的相互作用来源于电子瞬间
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• 这个速率由微分散射截面，σ，即dI的值与 分子束强度I的比值；目标分子的数量密度， N；样品微分路径长度，dx计算得到：
dI= σIN dx
σ的值取决于碰撞参数b和分子间势能的具 体情况。b是碰撞的分子路径的垂直距离。
• 实际分子的碰撞不是硬球模型，它受到分 子间势能的具体情况的影响，分子的各向 异性也会起作用。两个碰撞分子的相对速 度也有影响，速度快的分子偏转角度较小。 由分子相对速度不同导致的散射截面的变 化可以给出分子间势精品能课件 的强度和范围的信 22
精品课件
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感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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• 另一种量子现象是非前进方向上的散射增 强。随碰撞参数的减小，散射角的增大和 路径间的干扰会产生精品课强件 烈散射的分子束。 23
第四章聚合物溶液高分子科学基础第四章聚合物溶液
Hale Waihona Puke 4.2 聚 合 物 浓 溶 液
聚合物浓溶液在聚合物的加工和使用中经常遇到，例如增塑聚 合物、纺丝液、粘合剂、涂料、冻胶、凝胶、聚合物共混物等 均属聚合物浓溶液的范畴 所谓聚合物共混物 (polymer blend)是通过物理或化学方法 将两种或两种以上的聚合物混合而成的宏观上均匀、连续的固 体聚合物材料，也称聚合物合金。
4.1 聚 合 物 的 溶 解
4.1.1 聚合物的溶解特性 由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有线形、支化和交 联等多种分子形态，聚集态又可表现为晶态、非晶态等，因此 聚合物的溶解现象比小分子化合物复杂得多，具有许多与小分 子化合物溶解不同的特性： （1）聚合物的溶解是一个缓慢过程，包括两个阶段：
无限溶胀是指聚合物能无限制地吸收溶剂分子直至形成均相 的溶液；
4.1 聚 合 物 的 溶 解
有限溶胀是指聚合物吸收一定量溶剂后，若其它条件不变，不 管与溶剂接触时间多长，溶剂渗入量不再增加，聚合物体积也 不再增大，高分子链段不能挣脱彼此的束缚，不能很好地向溶 剂扩散，体系始终保持两相状态。 有些有限溶胀的聚合物在升温条件下，由于分子链运动加 剧，可促进彼此分离而发生溶解。升温可促进溶解，增加溶解 度。
聚合物溶解缓慢且溶解速度与分子量有关→药物缓释
（3）聚合物的溶解与聚合物的聚集态结构有关 非晶态聚合物中，分子链堆砌比较松散，相互作用较弱， 溶剂小分子易渗入聚合物内的空隙中，使之溶胀和溶解。 晶态聚合物中，分子排列规整，堆砌紧密，分子链相互作 用强，溶剂小分子难渗入，溶解比较困难。只有当其晶格被 破坏后才能溶解。
4.1 聚 合 物 的 溶 解
（3）溶剂化原则 溶剂分子可与高分子链发生较强的相互作用，从而减弱高 分子链间的相互作用，使链分离而发生溶胀，直到溶解。 溶剂化作用要求聚合物和溶剂中，一方是电子受体（亲电 性），另一方是电子给体（亲核性），通过两者的相互作用产 生溶剂化。 常见的亲电性基团及其强弱： -SO3H > -COOH > -C6H4OH > =CHCN > =CHNO2 > -CHCl2 > =CHCl 常见的亲核性基团及其强弱： -CH2NH2 > -C6H4NH2 > -CON(CH3)2 > -CONH- > -CH2COCH2- > -CH2OCOCH2- > -CH2-O-CH2-
聚合物浓溶液在聚合物的加工和使用中经常遇到，例如增塑聚 合物、纺丝液、粘合剂、涂料、冻胶、凝胶、聚合物共混物等 均属聚合物浓溶液的范畴 所谓聚合物共混物 (polymer blend)是通过物理或化学方法 将两种或两种以上的聚合物混合而成的宏观上均匀、连续的固 体聚合物材料，也称聚合物合金。
4.1 聚 合 物 的 溶 解
4.1.1 聚合物的溶解特性 由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有线形、支化和交 联等多种分子形态，聚集态又可表现为晶态、非晶态等，因此 聚合物的溶解现象比小分子化合物复杂得多，具有许多与小分 子化合物溶解不同的特性： （1）聚合物的溶解是一个缓慢过程，包括两个阶段：
无限溶胀是指聚合物能无限制地吸收溶剂分子直至形成均相 的溶液；
4.1 聚 合 物 的 溶 解
有限溶胀是指聚合物吸收一定量溶剂后，若其它条件不变，不 管与溶剂接触时间多长，溶剂渗入量不再增加，聚合物体积也 不再增大，高分子链段不能挣脱彼此的束缚，不能很好地向溶 剂扩散，体系始终保持两相状态。 有些有限溶胀的聚合物在升温条件下，由于分子链运动加 剧，可促进彼此分离而发生溶解。升温可促进溶解，增加溶解 度。
聚合物溶解缓慢且溶解速度与分子量有关→药物缓释
（3）聚合物的溶解与聚合物的聚集态结构有关 非晶态聚合物中，分子链堆砌比较松散，相互作用较弱， 溶剂小分子易渗入聚合物内的空隙中，使之溶胀和溶解。 晶态聚合物中，分子排列规整，堆砌紧密，分子链相互作 用强，溶剂小分子难渗入，溶解比较困难。只有当其晶格被 破坏后才能溶解。
4.1 聚 合 物 的 溶 解
（3）溶剂化原则 溶剂分子可与高分子链发生较强的相互作用，从而减弱高 分子链间的相互作用，使链分离而发生溶胀，直到溶解。 溶剂化作用要求聚合物和溶剂中，一方是电子受体（亲电 性），另一方是电子给体（亲核性），通过两者的相互作用产 生溶剂化。 常见的亲电性基团及其强弱： -SO3H > -COOH > -C6H4OH > =CHCN > =CHNO2 > -CHCl2 > =CHCl 常见的亲核性基团及其强弱： -CH2NH2 > -C6H4NH2 > -CON(CH3)2 > -CONH- > -CH2COCH2- > -CH2OCOCH2- > -CH2-O-CH2-
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μ=q×d d-- 正、负电荷重心的距离； q-- 偶极上一端的电荷。
· · q + +
－ q－
d
μ=0为非极性分子
电偶极矩愈大表示分子的极性愈强
非极性分子：正负电荷重心重合。如CH4、CCl4 极性分子：正负电荷重心不重合。如NH3
μ：(a) 可通过实验方法测得； (b) 用于判断分子极性的大小和空间构型。
现代分离方法与技术
第4章分子间相互作 用与溶剂特性
4.1 分子间相互作用 4.1.2 静电相互作用 4.1.3 分子间范德华力 4.1.4 氢键相互作用 4.1.5 电荷转移相互作用
4.2 物质的溶解与溶剂极性 4.3 疏水相互作用
分离的基本思路:
分子间相互作用是联系物质结构与性质的桥梁
混合物A,B 否
分子的极性与键的极性
分类 联系 量度
分子的极性
键的极性
1、极性分子 2、非极性分子
1、极性共价键 2、非极性共价键
双原子分子两者统一 多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间 构型有关 ）
电偶极矩
电负性差
正负电荷中心不重合便产生偶极 （1）永久偶极 极性分子的正负电荷重心不重合所产生的固有偶极。 （2）诱导偶极 外电场的作用使 分子变形产生的 偶极
方向性与饱和性
无
有
分子间相互作用是介于物理与化学相互作用之间的作用
氢键—键强度较弱（8～40 kJ/mol），有饱和性和方向性。 电荷转移—键能较弱（5～40 kJ/mol），化合物不稳定。
络合（配位）作用—强电荷转移相互作用，可分离得到晶体。 分子间相互作用的表征—势能或分子间力。 体系能量
r
U(r) F(r)dr
相距r处两分子相互作用力F(r)为：
F(r)
U(r) r
习惯上规定排斥力为正值，吸引力为负个分子（离子）所带电量分别为qi和qj,和所 有带电粒子之间的静电相互作用一样，这两个分子间的 静电力（F）遵循库仑定律：
F qi q j
4 0 r 2
分析分子结构是否有差别
是
1.分子间相互作用 调整体系中A, B 2.化学作用
3.外场作用
与分离有关的性质上的差异 选择分离方法、材料和条件
使A, B不同
4.1 分子间相互作用
物理相互作用和化学相互作用的区别
物理相互作用
化学相互作用
新物质的生成
无
有
相互作用能
弱
强
（015kJ/mol） （200400kJ/mol）
3.色散力
i分子中产生瞬时偶极矩 j分子被诱导产生偶极矩
i
j
i
j
＋ －
未被诱导
＋ －
＋ －
3.色散力
色散(chromatic dispersion)相互作用势能
(Uij)CD 4 3(4i 0)2 j6
IiIj Ii Ij
Ii，Ij分别为分子i和j的第一电离势，i，j分别为i和j的 极化率。
作用时，分子中的电荷常常发生分离，被诱导产生偶极。
诱导偶极距 —与外加电场强度E成正比。 ＝E
为被诱导分子的极化率。
•诱导能
一个非极性（或弱极性）分子i处于邻近极性分子j的电 场中时，所产生的平均诱导能为：
(i)jC D(41 0)26(i2 jji2)
例如：四氯化碳、环己烷、甲苯、正庚烷等的固有偶极矩 很小，但它们被诱导的极化率（值）较高（分别为 105,109,123,136 cm3），因而在极性溶剂中均有较高的 极化能。
(ij)CD表示随机取向的偶极相互作用的平均作用能。 例如：对季铵盐分子而言， i＝j＝33.3510-30 cm (10dB),当r=1nm,T=300K时，平均作用能为9.7 kJ/mol,而 最大偶极相互作用能（偶极方向反平行）为50 kJ/mol。
2.诱导偶极相互作用
诱导偶极—非极性分子没有固有偶极矩，但当受到电场
3. 色散力
色散相互作用原理：假定两个分子i和j处于不停的、 随机的运动状态，这些分子中的外层电子也在不停地 运动。
当此两分子恰好处于相邻位置时，由于分子i上 的电子随机运动可能在某一瞬间t，电子在核周围的 位置不对称，使分子中产生瞬时偶极距。
i分子中的瞬时偶极距又在相邻分子j中诱导出一 个相应的偶极。于是，分子i和j都具有了瞬时的偶极 距，它们因静电作用而相互吸引。
对于荷电分子而言，qi和qj是单位电荷e的积分，则 两个分子间的静电作用势能Uij为：
U ij
zi z je2
4 0 r
4.1.2 分子间范德华力
范德华力主要包括： 永久偶极相互作用力； 诱导偶极相互作用力； 色散力。
不同类型分子间三种相互作用的大小不同。
一.极性与非极性分子 1. 分子的极性
偶极矩：衡量分子极性大小的量度
当两个分子a和b相距无限远时，它们之间的相互作用可忽略 不计。这时由分子a和b组成的体系的总能量等于它们各自的能量 之和。
即：
U() UaUb
双体（双分子）相互作用势能函数
当对体系做功使两个分 子相互接近到某一距离 r时，由该双分子组成 的体系的总能量UT中， 增加了分子间相互作用 势能U(r)。 U(r)与分子a和b的结构及 两分子对称中心间距离 r有关。
这种现象称为 分子的极化
分子间的相互作用也 可产生极化
（3）瞬时偶极 分子自身振动所
致，分子越大越容易 变形，瞬时偶极越大。
1.永久偶极相互作用
永久偶极—分子中电荷分布不均匀的现象永久存在相互作 用势能。 具有永久偶极矩i和j的分子i和j，其相互作用势能为：
(Uij)CD 3kT (4 20)2i2 62 j
双体相互作用势能函数
体系总能量 UT： UT=Ua+Ub+U(r) 分子间相互作用势能U(r)：
U(r)=UT-(Ua+Ub)= UT-U() 这种相互作用势能也称作“双体相互作用势能函数”
Lennard-Jones方程：
AB U(r) r12 r6
式A和B为常数，通常实验测得r值。
分子间相互作用势能U(r)在数值上等于将两个分子从无限 远处推进至相距r处时所需作的功。
各种分子之间的电离能相差不大（880～1100 kJ/mol），
色散力主要取决于极化率，即化学键的性质。
色散力—色散力无处不在
色散相互作用普遍存在于各类化合物中。 非极性分子间相互作用力主要是色散力，如常温常
压下，己烷为液态、碘为固态。 许多有机物中，色散作用构成总吸引能的主要部分。 极性化合物的分子间也存在色散相互作用。 许多分离方法中，色散力起重要作用。 色散力也是许多溶剂极性不同的主要原因。