分子的物理性質(zhì)及弱化學鍵.ppt
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第七章分子的物理性質(zhì)及弱化學鍵,分子的電學性質(zhì):偶極矩分子的磁學性質(zhì):磁化率分間作用力弱化學鍵,1、偶極矩,,一、分子的電學性質(zhì),正負電荷中心不重合的分子為極性分子。,偶極矩的定義:,SI單位:Cm,慣用單位:D,1D=3.33610-30Cm,對于分子的極性用偶極矩表示。分子的偶極矩可通過實驗求出,或通過量子力學的計算。對于共價鍵的極性,用鍵矩表示。公式和方向的規(guī)定同偶極矩,μ=q?d,方向從正到負。,2、分子的極化,取向極化(極性分子),變形極化(所有分子),,,定義:,α’的單位是:m3,又稱之為極化率體積。,極化率與介電常數(shù)的關(guān)系,相對介電常數(shù):,Clausius-Mosotti-Debye方程,化合物相對介電常數(shù)與極化率之間在關(guān)系如下:,對于極性分子:,可以證明:,由ρ和εr計算出P,以P對1/T作圖,由直線的截矩和斜率可求αd和μ。,令,摩爾取向極化度,極化作用與頻率的關(guān)系,對于高頻電場,如可見光區(qū),只存在電子極化率。在光頻范圍一定頻率下。介電常數(shù)與該頻率時的介質(zhì)折射率之間存在如下關(guān)系:,可求得電子極化度:,Rm:摩爾折射度,反磁化率,物質(zhì)的磁化,永久磁矩,,,順磁性,,平均磁矩,,,實驗磁化率,,磁化率,,不成對電子數(shù),,配鍵類型,磁化率原理流程圖,二、分子的磁學性質(zhì):,,原子在磁場中的示意圖,物質(zhì)在外加磁場中會被磁化,有感應(yīng)磁場,所以物質(zhì)內(nèi)部的磁場強度B是,若與的方向相同,則該物質(zhì)為順磁。(其中若消失后,并不消失,則該物質(zhì)為鐵磁性物質(zhì))若與的方向相反,則該物質(zhì)為反磁。,1、物質(zhì)的磁化,為何順磁物質(zhì)在日常生活中并不顯磁性呢?,分子熱運動使得原子或分子指向各個方向的機率相同,從宏觀上看總磁矩為零。,順磁物質(zhì)中的單個原子或分子具有永久磁矩,永久磁矩使得每個原子或分子就是一個有方向的小磁場。在外加磁場的作用之下,原子或分子的會順著磁場排列。同時順磁物質(zhì)本身在磁場中顯出磁性,也加大了物質(zhì)內(nèi)部的磁場強度。,2、永久磁矩,永久磁矩的產(chǎn)生是因為順磁物質(zhì)中的單個原子或分子的總角動量不為零,其中(是總軌道角動量,是總自旋角動量)而總角動量的大小,(J是內(nèi)量子數(shù),J=L+S,L+S-1,L+S-2,…|L+S|)永久磁矩與內(nèi)量子數(shù)J有關(guān):(g是朗特因子,與量子數(shù)J,L,S有關(guān);β是玻爾磁子),無外加磁場時,由于熱運動,原子或分子的磁矩指向個各方的機率相同,故順磁質(zhì)宏觀的平均磁矩為零;在外加磁場作用下,原子或分子的會順著磁場方向排列,但熱運動會擾亂這種排列,當達到熱力學平衡時,物質(zhì)便具有平均磁矩。顯然平均磁矩與外加磁場的強度成正比,與溫度成反比。,3、平均磁矩的理論值,根據(jù)玻爾茲曼分布定律,并注意到一個給定的內(nèi)量子數(shù)J,對于總磁量子數(shù)MJ,同時可取J,J-1,J-2,…,-J共2J+1個值,所以平均磁矩:其中,k=1.3810-23焦耳/度是玻爾茲曼常數(shù);T是絕對溫度。代入,得平均磁矩:,help,4、平均磁矩的實驗值,在多原子分子中,電子軌道運動與分子的核構(gòu)型關(guān)系很緊密,以致電子軌道運動產(chǎn)生的磁矩不能順著外磁場方向,宏觀上產(chǎn)生的磁矩??;故分子的磁性幾乎全部是由電子自旋運動提供的。所以永久磁矩的公式改寫為:僅考慮自旋時,g=2.00設(shè)未成對電子數(shù)為n,則S=n/2,代入上式得:,,,help,5、磁化率,磁介質(zhì)在磁場中的磁化程度,用磁化強度矢量表示,被定義為單位體積分子磁矩的矢量和。,單位體積磁化率(無量綱)可以看作單位磁場強度下單位體積的磁矩,6、摩爾磁化率,磁化率是永久磁矩在宏觀上的表現(xiàn)。摩爾磁化率的定義是單位磁場強度下,一摩爾物質(zhì)的,即若僅考慮平均磁矩的實驗值,則:,,,help,7、摩爾反磁化率,只要有外加磁場,反磁質(zhì)、順磁質(zhì)都會產(chǎn)生與H方向相反的誘導磁矩。摩爾反磁化率是單位磁場強度下,一摩爾物質(zhì)的,即:對于反磁質(zhì)來說,實驗測得的磁化率就是反磁化率。,help,8、實驗磁化率,而對于順磁質(zhì)來說,實驗測得的磁化率是磁化率和反磁化率之和:但,所以可以近似將看作,故只根據(jù)來計算:,help,9、不成對電子數(shù),設(shè)未成對電子數(shù)為n,則S=n/2解方程,可得:所以,只有存在未成對電子的物質(zhì)才有順磁性,help,10、配鍵類型,絡(luò)合物呈球?qū)ΨQ,電子軌道能量都相同。,絡(luò)合物呈正八面體,電子軌道能量不全相同。,以鐵原子為例:,有兩個孤對電子,無孤對電子,故根據(jù)不成對電子數(shù)可以確定絡(luò)合物中的結(jié)構(gòu),help,11、磁天平的原理,help,樣品管,天平,磁場,沿樣品軸心方向S,存在一磁場強度梯度,作用于樣品的力為:其中,A為樣品截面積;K為樣品的體積磁化率;KK為空氣的體積磁化率;量綱是cm2/cm3;積分邊界條件H為磁場中心的強度,H0為樣品頂端的磁場強度。假定KK可以忽略不計,且H0=0,將上式積分,得:,help,,help,分子間力也叫范德華力(VanderWaalsForce)。物質(zhì)通過分子間的力相互吸引,而成一定的狀態(tài)(一般為三態(tài)),三、分子間的作用力,靜電力,德拜力,,1.定向力orientationforce,是極性分子與極性分子之間的作用力。當兩個極性分子充分接近時,由于同性相斥,異性相吸,使分子偶極定向排列,這種力叫定向力。分子的偶極矩越大,定向力越大。是固有偶極之間的力。,常溫下,Vk<0高溫下,Vk=0,2.誘導力inductionforce,是極性分子與非極性分子之間的作用力。非極性分子無偶極矩,但在極性分子的偶極矩的誘導下,產(chǎn)生了瞬間偶極,它與固有偶極之間的作用叫誘導力。極性分子的偶極矩越大,非極性分子的變形性越大,作用就越強。,與溫度無關(guān),3.色散力dispersionforce,由于原子的運動,使電子云和原子核之間發(fā)生瞬時的相對位移,由此產(chǎn)生瞬時偶極。瞬時偶極之間的作用叫色散力。這種力在任何分子都存在。非極性分子之間正是通過這種力相互作用的。分子的體積越大,變形性越大,色散力越大。,分子的變形性,分子間作用力的特點:,存在于一切分子、原子之間。作用能量一般為幾kJ/mol到幾十kJ/mol,比化學鍵小1~2數(shù)量級。短程作用。只有幾個A0,作用力與分子間距離的6次方成反比。所以氣體分子之間的作用力遠遠小于液體分子之間的作用力。無方向性、飽和性通常在三種作用力中,色散力是主要的。,范德華力與物理化學性質(zhì),1、對熔點、沸點、熔化熱和汽化熱的影響,2、吸附(物理吸附or化學吸附?),四、氫鍵hydrogenbond,1氫鍵的形成:X—H…Y用來表示氫鍵,其中X—Hσ鍵的電子云偏向高電負性的X原子,導致出現(xiàn)屏蔽小的帶正電性的氫原子核,它強烈地被另一個高電負性的Y原子所吸引。以X—H……Y表示。X,Y=F,O,N。,,2氫鍵形成的本質(zhì),由于高電負性原子的強烈吸引,使與之相連的氫原子成裸核,正電荷密度很大,可與另一個電負性大的原子的孤對電子通過靜電引力而成。氫鍵不屬于范德華力,也不屬于化學鍵,是特殊形式的分子間的作用力。它有方向性和飽和性(為什么),氫鍵的一些特點:1)大多數(shù)氫鍵X—H…Y是不對稱的,H—X距離較近,H—Y距離較遠;2)X—H…Y可以為直線形θ=180,能量上有利;也可為彎曲形,即θ<180;,3)X和Y間的距離作為氫鍵的鍵長,鍵長越短,氫鍵越強,H原子處于中心點時,是最強的氫鍵;4)氫鍵的實測鍵長要比氫鍵中共價鍵鍵長加范德華半徑之和要短;,5)氫鍵X—H…Y和Y—R鍵間形成的角度α,通常為100~140之間;6)一般情況,氫鍵中H原子是二配位,有時有三、四配位;7)多數(shù)氫鍵,只有一個H原子是直接指向Y上的孤對電子,但有例外。,,非常規(guī)氫鍵1)X—H…π(質(zhì)子受體是π鍵和大π鍵)2)X—H…M(質(zhì)子受體是富電子的過渡金屬)3)X—H…H—Y(二氫鍵),3氫鍵的分類,1.分子間氫鍵(以水分子為例)2.分子內(nèi)氫鍵(以鄰羥基硝基苯為例),4氫鍵對物質(zhì)的性質(zhì)的影響,氫鍵對物質(zhì)的熔、沸點、熔化熱、氣化熱、密度、表面張力、黏度有很大的影響1.為什么對位和鄰位硝基苯酚的沸點分別為110℃和45℃?2.為什么水有反常的高沸點?,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 分子 物理性質(zhì) 弱化
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