色散力

2021年9月15日光学2,527阅读模式

色散力(dispersion force),又称伦敦力,是指非极性分子相互靠拢时,它们的瞬时偶极矩之间产生的很弱的吸引力。色散力存在于一切分子之间。

任何一个分子,都存在着瞬间偶极,这种瞬间偶极也会诱导邻近分子产生瞬间偶极,于是两个分子可以靠瞬间偶极相互吸引在一起。这种瞬间偶极产生的作用力称为色散力。

色散力

色散力是菲列兹·伦敦(Fritz London)于1930年根据近代量子力学方法证明的,由于从量子力学导出的理论公式与光色散公式相似,因此把这种作用称为色散力,又叫做伦敦力。

色散力特点

色散力

色散力存在于一切分子之间。色散力与分子的变形性有关,变形性越强越易被极化,色散力也越强。稀有气体分子间并不生成化学键,但当它们相互接近时,可以液化并放出能量,就是色散力存在的证明。

量子力学计算表明,色散力与分子变形性有关,变形性越大,色散力越强。由于各种分子均有瞬间偶极,所以色散力存在于极性分子和极性分子、极性分子和非极性分子以及非极性分子和非极性分子之间。而且在一般情况下,色散力是主要的分子间力。只有极性相当强的分子,取向力才显得重要。

色散力原理

色散力

由于分子中电子和原子核不停地运动,非极性分子的电子云的分布呈现有涨有落的状态,从而使它与原子核之间出现瞬时相对位移,产生了瞬时偶极,分子也因而发生变形。分子中电子数愈多、原子数愈多、原子半径愈大,分子愈易变形。

瞬时偶极可使其相邻的另一非极性分子产生瞬时诱导偶极,且两个瞬时偶极总采取异极相邻状态,这种随时产生的分子瞬时偶极间的作用力为色散力(因其作用能表达式与光的色散公式相似而得名)。

虽然瞬时偶极存在暂短,但异极相邻状态却此起彼伏,不断重复,因此分子间始终存在着色散力。无疑,色散力不仅存在于非极性分子间,也存在于极性分子间以及极性与非极性分子间。

诱导力、色散力和取向力

色散力

色散力

当非极性分子相互靠近时,由于电子的不断运动和原子核的不断振动,要使每一瞬间正、负电荷中心都重合是不可能的,在某一瞬间总会有一个偶极存在,这种偶极叫瞬时偶极。

由于同极相斥,异极相吸,瞬时偶极之间总是处于异极相邻的状态,瞬时偶极之间产生的分子间力叫做色散力。任何分子(不论极性或非极性)互相靠近时,都存在色散力。

诱导力

当极性分子和非极性分子靠近时,除了存在色散力作用外,由于非极性分子受极性分子电场的影晌产生诱导偶极,这种诱导偶极和极性分子的固有偶极之间所产生的吸引力叫做诱导力。

同时诱导偶极又相用于极性分子,使其偶极长度增加。从而进一步加强了它们间的吸引。

取向力

当极性分子相互靠近时,色散力也起着作用。此外,由于它们之间固有俩极之间的同极相斥,异极相吸,两个域子在空间就按异极相邻的状态取向。由于固有偶极之间的取向而引起的分子间力叫取向力。由于取向力的存在。使极性分子更加靠近,在相邻分子的固有偶极作用下,使每个分子的正.负电荷中心更加分开,产生了诱导偶极。因此极性分子之间还存在着诱导力。

总之,在非极性分子之间只存在着色散力,在极性分子和非极性分子之间存在着色散力和诱导力,在极性分子之间存在着色散力、诱导力和取向力。色散力、诱导力和取向力的总和叫做分子间力。分子间力没有方向性与饱和性,健力较弱。

极性分子与极性分子之间,取向力、诱导力、色散力都存在;极性分子与非极性分子之间,则存在诱导力和色散力;非极性分子与非极性分子之间,则只存在色散力。这三种类型的力的比例大小,决定于相互作用分子的极性和变形性。极性越大,取向力的作用越重要;变形性越大,色散力就越重要;诱导力则与这两种因素都有关。但对大多数分子来说,色散力是主要的。

实验证明

对大多数分子来说,色散力是主要的;只有偶极矩很大的分子(如水),取向力才是主要的;而诱导力通常是很小的。极化率α反映分子中的电子云是否容易变形。虽然范德华力只有0.4—4.0kJ/mol,但是在大量大分子间的相互作用则会变得十分稳固。比如C—H在苯中范德华力有7kJ/mol,而在溶菌酶和糖结合底物范德华力却有60kJ/mol,范德华力具有加和性。

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