范德瓦尔斯结合
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范德瓦尔斯力类型
(1)极性分子间的结合 极性分子具有电偶极矩,极性分子间的作用力是库仑力, 为了使系统的能量最低,两个分子靠近的两个原子一定 是异性的。 (2)极性分子与非极性分子的结合 极性分子的电偶极矩具有长程作用,它使附近的非极性 分子产生极化。使非极性分子也成为一个电偶极子。极 性分子的偶极矩与非极性分子的诱导偶极矩的吸引力叫 诱导力。显然诱导力也是库仑力。
从上面的讨论还可以看出,如果组成固体的粒子是具有 固有偶极矩的有极性分子,则分子间的相互作用力除上 述作用力之外,还可以存在固有偶极矩间的相互作用。 因为有极性分子存在固有偶极矩,无极性分子可以被有 极性分子的电场极化而产生诱导偶极矩,故有极性分子 与无极性分子之间也存在相互作用。
分子晶体:具有饱和电子结构的原子或分子,依靠范德 瓦尔斯力相结合成的晶体,最简单的分子晶体是由于惰 性元素形成的单原子分子等。惰性元素最外层电子为8个, 具有球对称的稳定封闭结构,是面心立方结构。 分子晶体的基本特性:结合力弱、熔点低、硬度小(大 分子晶体的基本特性 部分有机化合物晶体和惰性气体等在低温下形成的晶体 均属分子晶体)。从导电性的角度,分子晶体均为绝缘 体,因为所有电子均局域在分子内,参与分子内的键合。 范德瓦尔斯力在其他晶体中也存在,但是与使晶体结合 的离子键、共价键和金属键相比,范德瓦尔斯力太弱, 可以忽略不计。
范德瓦尔斯结合
对于具有稳定结构的原子(如有满壳层结构的惰性元 素)之间或价电子已用于形成共价键的饱和分子之间结 合成晶体时,原来原子的电子组态不能发生很大变化。 而是靠偶极矩的相互作用而结合的,这种力通常称为范 德瓦尔斯力。 范德瓦尔斯力通过分子间作用力(分子键)成键; 通过电偶极矩(极性分子之间)、诱导偶极矩(极性 分子和非极性分子之间)、瞬时偶极矩(非极性分子 之间)之间的相互作用而结合;没有方向性和饱和性。
对于He,Ne,Ar,Kr以及一些有机分子,电子形成了闭 合壳层,因而电子被紧紧地束缚住。对于这种物质在适 当条件下,也能形成晶体。可以认为这些电子和分子是 球对称的,没有极性的,因此,分子间不存在固有电偶 极矩的相互作用。由于电子在核外不停地绕核运动,在 某一瞬间,电子必定处于某一位置上,电荷的分布不均 匀,多少会产生某种“瞬间”的电偶极矩,即出现“瞬 间”的正负电荷中心不重合。这种涨落着的偶极矩间存 在的吸引力倾向于把惰性气体原子和一些有机分子结合 在一起形成分子晶体。
(3)非极性分子的结合 非极性分子在低温下能形成晶体,其结合力是分子间 瞬时电偶极矩(某一瞬时由于正、负电中心不重合而使 原子呈现出瞬时偶极矩)的一种相互作用。这种作用是 较弱的。 在离子键、共价键、金属键等结合类型中,原子中的价 电子态在成键时都发生了变化,而范德瓦耳斯键则发生 在分子与分子之间,与前面几种结合键类型相比,形成 晶体时各原子结构(电子结构)基本保持稳定。