第五周慕课分子间作用力北大卞江普通化学原理
分子间作用力课件
定义类型定义与类型物质聚集生命过程分子间作用力的重要性分子间作用力的影响因素030201静电相互作用范德华力范德华力包括取向力、诱导力和色散力。
范德华力在中等距离范围内起作用，通常适用于较小的分子或原子。
原子或分子之间的非静电相互作用。
氢键氢原子与电负性原子之间的相互作用。
氢键通常存在于含有N、O、F等电负性原子的分子中。
氢键具有较高的强度和选择性，对物质的物理和化学性质产生重要影响。
离子相互作用带相反电荷的离子之间的相互作用。
离子相互作用通常发生在盐类和电解质中。
离子相互作用通过库仑力相互吸引，对物质的溶解度和稳定性具有重要影响。
最小势能在势能表面上，分子的位置会不断变化，这些位置被称为最小势能。
最小势能是分子在相互作用下达到稳定状态时的位置。
势能表面使用经典力学方法计算分子间作用力时，需要构建势能表面。
这个表面可以反映分子间的相互作用，帮助我们了解分子的动态行为。
势阱势能表面上的局部最小值称为势阱。
当分子从一个势阱移动到另一个势阱时，会经历一个能量变化的过程。
经典力学方法量子力学方法量子力学模型量子态哈密顿算符分子动力学方法分子动力学模拟01初始条件02统计平均03谱学方法红外光谱拉曼光谱是一种基于拉曼散射效应的谱学方法，可以用来研究分子的振动和转动能级以及分子间的相互作用。
拉曼光谱核磁共振散射实验计算机模拟实验材料科学高分子材料金属和合金分子筛生物学与医学药物设计通过调节分子间作用力改变药物的生物活性，提高药物的疗效和降低副作用。
组织工程利用分子间作用力构建生物材料和支架，促进细胞的粘附和生长，用于组织修复和再生。
医学诊断通过检测分子间作用力的变化，用于疾病诊断和治疗监测。
污染治理利用分子间作用力吸附和去除环境中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等。
生态修复通过调节分子间作用力改善土壤和水体的生态状况，促进生态环境的恢复和保护。
环境科学03热力学性质化工过程与设备01分离与提纯02化学反应过程材料表征材料合成材料设计新材料的设计与开发1多尺度模拟方法的发展23建立精确描述分子间作用力的理论模型，为多尺度模拟提供基础。
3.4.1分子间作用力课件高二下学期化学选择性必修2
范德华(1837-1923) 荷兰物理学家
一 范德华力
Q3:水的两种变化分别破坏了什么？
破坏化学键 H-O-H
破坏分子间作用力
一 范德华力
范德华力特征： ➢ 范德华力比化学键能量小
化学键是强烈的相互作用(100～600 kJ·mol-1)， 范德华力只有2～20 kJ·mol-1
➢ 一般没有方向性和饱和性。
二 氢键
观察思考2 观察图表，你能得到什么结论？
➢ 分子间存在氢键，熔沸点升高
二 氢键
观察思考3
邻羟基苯甲醛 熔点：2℃ 沸点：196.5℃
邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛的相对分子质量接近，均 含有氢键，但二者沸点不一致，请解释原因。
对羟基苯甲醛 熔点：115℃ 沸点：250℃
OH
CO H
分子内氢键
随范德华力的增大 物质的熔沸点增大
【典例 3】关于氢键，下列说法正确的是( B )
A．分子中有 N、O、F 原子，分子间就存在氢键
B．因为氢键的缘故，
比
熔、沸点高
C．由于氢键比范德华力强，所以 H2O 分子比 H2S 分子稳定 D．“可燃冰”——甲烷水合物(例如：8CH4·46H2O)中 CH4 与 H2O 之间存在氢键
Q4: 氢键的能量有多大？
氢键键能(kJ·mol－1) 共价键键能(kJ·mol－1)
F—H … F 28.1 568
➢ 范德华力＜ 氢键 ＜ 化 学 键
O—H … O 20.9 462.8
N—H … N 18.8 390.8
二 氢键
Q5: 氢键特征是什么？ X—H···Y ➢方向性 (分子间氢键的X—H···Y三个原子尽可能在同一条直线上)
三种戊烷的同分异构体沸点
分子间作用力课件
03
分子间作用力的计算与模拟
势能面的计算
势能面计算的常用方法
例如，共轭梯度法、最速下降法、牛顿迭代法等。
势能面的精度要求
需要达到足够的精度以保证分子力学模拟的准确性。
分子力学方法
分子力学的基本原理
包括哈密顿算符、薛定谔方程等基本原理。
分子力学方法的应用范围
适用于处理中等规模的分子体系，具有较高的计算效率和实用性。
THANK YOU.
通过分子间作用力，将特定的分子或离子作为模板，实现对 超分子结构的调控。
在纳米材料制备中的应用
软模板法
利用分子间作用力，采用软模板法控制纳米材料的形貌和大小，实现材料的 定向合成。
自组装法
利用分子间作用力，实现纳米材料的自组装，形成有序的纳米结构。
在催化反应中的应用
催化活性与分子间作用力
分子间作用力可以影响催化剂的活性中心，从而影响催化反应的活性和选择性。
特点
分子间作用力是一种短程力，作用范围通常在分子之间；其 强度相对较弱，但具有显著的方向性和取向性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分子间作用力的重要性
1 2 3
物质结构和性质
分子间作用力决定了分子的构型、稳定性、物 理性质等，进而影响整个物质的结构和性质。
化学反应与催化
分子间作用力可以影响化学反应的速率和方向 ，对于化学反应的进程和催化作用具有重要意 义。
参数依赖性
许多理论模型需要依赖于经验或半经验的参数，这些参数的准确 性和可靠性可能会影响预测结果。
在实验技术方面的挑战
精度要求高
实验测定分子间作用力往往需要高精度的光谱学 和量子力学测量技术。
样品要求高
需要制备高质量的样品，以减少误差和不确定性 。
分子间作用力ppt课件
H
H
O HH
δ+ δ+
2δ-
δ+
2δ-
δ+ 2δ-
δ+
δ+
2δ- δ+
δ+ 2δ-
δ+ δ+
δ+
δδ-
δ+ δ+
2δδ+
氢键
X—H…Y
氢键
（1）含X—H强极性键 （2）X、Y为电负性大、
半径小的原子 (如F、O、N)
作用力 微粒 特点
（1）强于范德华力弱于化学键的分子间作用力 （2）有饱和性和方向性
氢键应用
[问题解决2]： 解释下列现象
（1）NH3极易溶于水生成NH3·H2O
H
H N …H O
H
H
H
H
O… H N
H
H
结论2：溶质与溶剂分子间存在氢键，使溶质的溶解度增加， 温度升高，氢键断裂，溶解度降低。
氢键应用
[问题解决2]： 解释下列现象 （2）低级醇（如甲醇、乙醇）、
乙醛、乙酸易溶于水
外，对物质的溶解度、硬度等也有影响 D．氢键是一种特殊的化学键，它广泛地存在
于自然界中
练习
5．用氢键解释 （1）氨易液化 （2）H2SO4和H3PO4的相对分子质量，
但硫酸的熔点比磷酸高, 水溶液中，硫酸酸性比磷酸弱。
O HO—S—OH
O
O HO—P—OH
OH
δδ-
δ+
角型分子
O
H
H
示意图
δ- δ-
O
δ+H
Hδ+
δ- δ-
O
δ+H
《分子间作用力》教案公开课
《分子间作用力》教案公开课第一章：引言1.1 课程背景1.2 分子间作用力的概念及其重要性1.3 教学目标与内容安排第二章：分子间作用力的基本概念2.1 分子间作用力的定义2.2 分子间作用力的分类2.3 分子间作用力的测量与表达第三章：分子间作用力的来源3.1 范德华力3.2 氢键3.3 电吸引力3.4 排斥力第四章：分子间作用力与物质性质的关系4.1 分子间作用力与物质状态的关系4.2 分子间作用力与物质溶解性的关系4.3 分子间作用力与物质沸点的关系第五章：分子间作用力的应用5.1 分子间作用力在材料科学中的应用5.2 分子间作用力在药物化学中的应用5.3 分子间作用力在生物化学中的应用本章节主要介绍了分子间作用力的基本概念、来源以及与物质性质和应用的关系。
通过本章的学习，学生将能够理解分子间作用力的定义和重要性，掌握分子间作用力的分类和来源，并了解分子间作用力与物质性质和应用之间的联系。
第六章：分子间作用力的实验测定6.1 分子间作用力的实验方法6.2 分子间作用力的测定技术6.3 实验数据的处理与分析第七章：分子间作用力在化学反应中的角色7.1 分子间作用力对化学反应速率的影响7.2 分子间作用力对化学平衡的影响7.3 分子间作用力在催化反应中的应用第八章：分子间作用力在生物分子中的应用8.1 分子间作用力在蛋白质结构中的作用8.2 分子间作用力在DNA双螺旋结构中的作用8.3 分子间作用力在酶催化中的作用第九章：分子间作用力在材料科学中的应用9.1 分子间作用力在高分子材料中的应用9.2 分子间作用力在纳米材料中的应用9.3 分子间作用力在新能源材料中的应用第十章：分子间作用力的研究前沿与展望10.1 分子间作用力研究的最新进展10.2 分子间作用力在新技术开发中的应用10.3 分子间作用力研究的未来挑战与机遇这五个章节主要讨论了分子间作用力的实验测定方法、在化学反应和生物分子中的应用，以及在材料科学和研究前沿中的重要角色。
《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，
分子间的作用力课件-高二上学期化学人教版(2019)选择性必修2
过氧化氢(H2O2)是一种医用杀菌消毒剂，已知H2O2分子的结构如下图所示。H2O2分子不是直线形，两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上，书面夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。试回答： （1）下列关于的说法正确的是_______。 a.该分子中有极性键 b.该分子中有非极性键 c.该分子中氧原子的轨道发生sp2杂化 d.该分子是非极性分子（2）H2O2分子间易形成氢键，该氢键的表示式是_____________。（4）H2O2易溶于水，主要原因是_______________________________。
归纳总结
填写下列空格：(1)N2的沸点比CO的沸点___(填“高”或“低”)，其原因是________________________________________________________________________________。(2)BCl3的沸点比BF3的___(填“高”或“低”)，其原因是_________________________________________________________。
ab
O—H···O
H2O2易与H2O分子间形成氢键且H2O和H2O2均为极性分子
影响
物质熔沸点
影响
物质溶解度
影响
分子极性
化学键极性
空间结构
影响
影响
与水分子间能形成氢键，能增大溶解度
使冰的密度小于水的密度
【例1】 下列现象与氢键有关的是( ) 。
B
的熔、沸点比第 族其他元素氢化物的高 ②水分子高温下也很稳定 ③接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式 计算出来的相对分子质量大一些④邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低A.①②③④ B.①③④ C.①②③ D.①②④
分子间作用力课件
诱导力
由于一个分子的诱导磁场与另 一个分子的磁场的相互作用产
生的力。
交换力
由于分子之间的电子云的相互 重叠和交换产生的力。
分子间作用力的物理意义
01
分子间作用力是决定物 质物理性质的重要因素 ，如熔点、沸点、溶解 度等。
02
分子间作用力可以影响 物质的物理性质，如密 度、粘度、表面张力等 。
极性分子由于正负电荷的中心不重合，会产生电偶极，使得极性分子之间存在 较强的相互作用。
非极性分子间作用力较弱
非极性分子之间的电性对称，相互之间的作用力较弱。
电荷分布影响
电荷分布越不均匀，作用力越大
分子中电荷的分布情况对分子间作用力有显著影响。若分子中的电荷分布不均匀 ，会引起其他分子电荷的强烈响应，从而产生较强的相互作用。
互作用。
分子束实验
将单分子或分子束定向射向表面 ，通过观察射向表面和反射的分 子分布，研究分子与表面相互作
用的机制。
理论计算方法
量子化学方法
利用量子化学理论计算分子间的相互作用能，分析分子间的电子 结构和能量变化。
分子力学方法
基于经典力学原理，构建分子模型，通过计算分子间的相对位置和 受力情况，分析分子间的相互作用。
通过复合不同性质的材料 ，实现多功能性，进一步 揭示分子间作用力的多样 性和复杂性。
对分子间作用力的深入理解
基础理论
01
深入研究分子间作用力的基础理论，如量子力学、统计力学等
，为理论预测和模拟提供更准确的模型和算法。
跨学科研究
02
结合物理学、化学、生物学等多学科的研究方法和技术，全面
揭示分子间作用力的机制和规律。
高二化学选择性必修课件分子间的作用力
氢键形成条件与性质
形成条件
氢键是一种特殊的分子间作用力，它通常存在于含有氢原子的分子之间。氢键的形成需要满足以下条 件：一是必须存在电负性较大的原子（如F、O、N等）与氢原子形成的共价键；二是氢原子与另一个 电负性较大的原子之间存在足够的接近距离。
性质
氢键是一种比范德华力更强的分子间作用力，它对于物质的物理和化学性质有着重要影响。氢键的存 在可以影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质，同时也可以影响物质的化学性质和反应活性。
06
分子间作用力在生活生产中应用
表面活性剂降低表面张力原理
表面活性剂分子结构
具有亲水基团和疏水基团，能在液体表面定向排列，降低表面张 力。
降低表面张力的原理
表面活性剂分子在液体表面形成一层单分子膜，使液体表面分子间 的距离增大，相互作用力减弱，从而降低表面张力。
应用实例
洗涤剂、乳化剂、润湿剂等。
在材料科学中，分子间 作用力对于材料的物理 和化学性质有着重要的 影响。例如，聚合物的 性质和行为在很大程度 上取决于其分子间的相 互作用。
在化学工程中，了解和 利用分子间作用力对于 优化工艺流程和设计新 的化学产品具有重要的 意义。例如，在催化剂 的设计和选择中，需要 考虑催化剂与反应物之 间的相互作用。
产物的生成与分离
分子间作用力可以影响产物的生成和分离。在某些情况下，产物分子间的强作用力可能导 致产物难以从反应体系中分离出来。此时，可以通过调节反应条件或加入适当的分离剂来 改变分子间作用力的强度，从而实现产物的有效分离。
05
实验方法与技术手段研究分子间作用力
红外光谱法研究范德华力和氢键
红外光谱法原理
其他实验方法简介
01
02