誘導力
誘導力
誘導力是一種分子間作用力。在極性分子的固有偶極誘導下,臨近它的分子會產生誘導偶極,分子間的誘導偶極與固有偶極之間的電性引力,稱為誘導力。在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極性分子之間都存在誘導力。
極性分子與非極性分子相互接近時,在極性分子永久偶極的影響下,非極性分子重合的正、負電荷中心發生相對位移而產生誘導偶極,在極性分子的永久偶極與非極性分子的誘導偶極之間產生靜電作用力,這種作用力稱為誘導力。極性分子相互接近時,在永久偶極的相互影響下,每個極性分子的正、負電荷中心的距離被拉大,也將產生誘導偶極,因此誘導力也存在於極性分子之間。
在極性分子和非極性分子之間,由於極性分子偶極所產生的電場對非極性分子發生影響,使非極性分子電子云變形(即電子云被吸向極性分子偶極的正電的一極),結果使非極性分子的電子云與原子核發生相對位移,本來非極性分子中的正、負電荷重心是重合的,相對位移后就不再重合,使非極性分子產生了偶極。這種電荷重心的相對位移叫做“變形”,因變形而產生的偶極,叫做誘導偶極,以區別於極性分子中原有的固有偶極。誘導偶極和固有偶極就相互吸引,這種由於誘導偶極而產生的作用力,叫做誘導力。同樣,在極性分子和極性分子之間,除了取向力外,由於極性分子的相互影響,每個分子也會發生變形,產生誘導偶極。其結果使分子的偶極矩增大,既具有取向力又具有誘導力。在陽離子和陰離子之間也會出現誘導力。
誘導力隨分子的極性增大而增大,也隨分子的變形性增大而增大。當分子間距離增大時,誘導力會迅速減弱。
可以分為三種作用力:誘導力、色散力和取向力。又稱分子間作用力,是存在於中性分子或原子之間的一種弱鹼性的電性吸引力。分子間作用力(范德瓦爾斯力)有三個來源:①極性分子的永久偶極矩之間的相互作用。②一個極性分子使另一個分子極化,產生誘導偶極矩並相互吸引。③分子中電子的運動產生瞬時偶極矩,它使臨近分子瞬時極化,後者又反過來增強原來分子的瞬時偶極矩;這種相互耦合產生凈的吸引作用,這三種力的貢獻不同,通常第三種作用的貢獻最大。它們之間的關係如下:
極性分子與極性分子之間,取向力、誘導力、色散力都存在;極性分子與非極性分子之間,則存在誘導力和色散力;非極性分子與非極性分子之間,則只存在色散力。這三種類型的力的比例大小,決定於相互作用分子的極性和變形性。極性越大,取向力的作用越重要;變形性越大,色散力就越重要;誘導力則與這兩種因素都有關。但對大多數分子來說,色散力是主要的。實驗證明,對大多數分子來說,色散力是主要的;只有偶極矩很大的分子(如水),取向力才是主要的;而誘導力通常是很小的。極化率α反映分子中的電子云是否容易變形。雖然范德華力只有0.4—4.0kJ/mol,但是在大量大分子間的相互作用則會變得十分穩固。比如C—H在苯中范德華力有7kJ/mol,而在溶菌酶和糖結合底物范德華力卻有60kJ/mol,范德華力具有加和性。
色散力(dispersion force也稱“倫敦力”)所有分子或原子間都存在。是分子的瞬時偶極間的作用力,即由於電子的運動,瞬間電子的位置對原子核是不對稱的,也就是說正電荷重心和負電荷重心發生瞬時的不重合,從而產生瞬時偶極。色散力和相互作用分子的變形性有關,變形性越大(一般分子量愈大,變形性愈大)色散力越大。色散力和相互作用分子的電離勢(即為電離能)有關,分子的電離勢越低(分子內所含的電子數愈多),色散力越大。
取向力(orientation force也稱dipole-dipole force)取向力發生在極性分子與極性分子之間。由於極性分子的電性分佈不均勻,一端帶正電,一端帶負電,形成偶極。因此,當兩個極性分子相互接近時,由於它們偶極的同極相斥,異極相吸,兩個分子必將發生相對轉動。這種偶極子的互相轉動,就使偶極子的相反的極相對,叫做“取向”。這時由於相反的極相距較近,同極相距較遠,結果引力大於斥力,兩個分子靠近,當接近到一定距離之後,斥力與引力達到相對平衡。這種由於極性分子的取向而產生的分子間的作用力,叫做取向力。取向力與分子的偶極矩平方成正比,即分子的極性越大,取向力越大。取向力與絕對溫度成反比,溫度越高,取向力就越弱。