在外
电场作用下,分子中的正负电荷重心的位置发生改变,产生“诱导偶极”,这种现象称为分子的极化或变形极化。分子受极化后,分子外形发生改变,称为分子变形。
基本概述
在讨论分子的极性时,只考虑孤立分子中电荷的分布情况,如果把分子置于外电场中,则电荷分布要发生变化。
非极性分子在外电场的影响下,电子云与核分别向两极移动,结果产生相对位移,分子发生变形(称为分子的变形性),产生偶极,这个过程叫分子的极化变形,形成的偶极称为诱导偶极。电场越强,分子变形性越大,诱导偶极越大。当外电场取消时,所形成的偶极也消失,分子重新变为非极性分子。对于极性分子来说,本身就存在偶极,这种偶极叫固有偶极或永久偶极。
非固态的极性分子,在没有外电场的作用时,其分子的热运动是不规则的,而在外电场中,分子的偶极矩就按电场的方向而取一定的方位,这个过程称为取向;同时在电场影响下,分子也会发生变形,产生诱导偶极,这时分子的偶极为永久偶极与诱导偶极之和,分子的极性便有所增加。
分子的取向、极化和变形,不仅在电场中发生,而且在相邻分子间也可以发生。每个极性分子的固有偶极可看成是一个电场,它可以使相邻的极性分子或非极性分子极化变形。这种极化作用对分子间力的产生有重要影响。
影响分子变形性的因素
分子中的原子数越多,原子半径越大(分子越大),分子中电子数越多,变形性越大。
分子变形性与分子内各元素是否达到稳定状态(即最外层电子数是否为8),各元素原子核间相互吸引力。
还与元素间化学键的热值因素有关。
分子变形程度的大小
非极性分子原来重合的正负电荷中心,在电场影响下互相分离,产生了偶极,此过程称为分子的变形极化,所形成的偶极称为诱导偶极(induction dipole)。电场愈强,分子变形愈大,诱导偶极愈大。若取消外电场,诱导偶极自行消失,分子重新复原为非极性分子,所以诱导偶极与电场强度E成正比。
P诱导=α·E
式中,引入比例
常数α,显然α可作为衡量分子在电场作用下变形性大小的量度,称为分子诱导极化率,简称为极化率(polarizability)。分子中电子数愈多,电子云更加弥散,则α愈大。如外电场强度一定,则α愈大的分子,P诱导愈大,分子的变形性也愈大。
对于极性分子来说,本身就存在着偶极,此偶极称为固有偶极或永久偶极(permanentdipole)。极性分子通常都作不规则的热运动,如图1(a)所示。若在外电场的作用下,其正极转向负电极,其负极转向正电极,按电场的方向排列,如图1(b)所示,此过程称为取向,亦称分子的定向极化。
同时电场也使分子正负电荷中心之间的距离拉大,发生变形,产生诱导偶极,所以此时分子的偶极为固有偶极和诱导偶极之和,分子的极性有所增强分子的极化率α可由实验测得。
表中数据表明,随分子中电子数的增多以及
电子云弥散,α值相应加大。以周期系同族元素的有关分子为例,从He到Xe及从HCl到HI,α值增大,分子的变形性必然增大。
分子的取向、极化和变形,不仅在电场中发生,而且在相邻分子间也可以发生。这是因为极性分子固有偶极就相当于无数个微电场,所以当极性分子与极性分子、极性分子与非极性分子相邻时同样也会发生极化作用。这种极化作用对分子间力的产生有重要影响。
分子极性与分子间力的关系
A.非极性分子之间存在色散力。
B.极性分子与非极性分子问存在色散力和诱导力。
C.极性分子之间存在色散力、取向力和诱导力。