理论教育 极性与非极性分子相互作用模型探究

极性与非极性分子相互作用模型探究

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:当极性分子与非极性分子相互接近时,非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下,发生极化,产生诱导偶极,然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力,叫作诱导力。而取向极化率是可表征分子热运动阻碍极性分子在场中取向的物理量,其值随温度升高而减少。由于诱导极化率αi与分子热运动无关,所以诱导而产生分子间相互作用的诱导力也与温度无关。

极性与非极性分子相互作用模型探究

当极性分子与非极性分子相互接近时,非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下,发生极化,产生诱导偶极,然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力,叫作诱导力。

在极性分子和非极性分子之间,由于极性分子偶极所产生的电场对非极性分子发生影响,使非极性分子电子云变形(即电子云被吸向极性分子偶极的正电的一极),结果使非极性分子的电子云与原子核发生相对位移,本来非极性分子中的正、负电荷重心是重合的,相对位移后就不再重合,使非极性分子产生了偶极。这种电荷重心的相对位移叫作变形,因变形而产生的偶极,叫作诱导偶极,以区别于极性分子中原有的固有偶极。诱导偶极和固有偶极就相互吸引,这种由于诱导偶极而产生的作用力,叫作诱导力。

在极性分子场的作用下,非极性分子则产生诱导偶极矩μi,它与此极性分子在非极性分子处产生的场强E成正比,即

μi=αiE (7-44)

式中,αi为诱导变形极化率。

αi的大小取决于分子中电子云与核在电场作用下的相对位移能力。它与前述取向极化率αμ是两个不完全相同概念的量。诱导极化率是由分子变形性质决定的恒量,它与温度无关。而取向极化率是可表征分子热运动阻碍极性分子在场中取向的物理量,其值随温度升高而减少。诱导极化率αi与分子的折射率n、介电常数ε在电场交变周期小于偶极矩松弛时间之际分别有如下关系:(www.daowen.com)

式中,为摩尔体积,它等于相对分子质量除以密度;αi的单位是体积单位(cm3)。

极性分子与非极性分子间偶极与诱导偶极的相互作用势能也可用类似于式(7-40b)的形式,即

若考虑两个分子的相互诱导,则

由此可见,分子间的相互诱导势能随分子偶极矩和诱导(变形)极化率的增加而增大。

由于诱导极化率αi与分子热运动无关,所以诱导而产生分子间相互作用的诱导力也与温度无关。但Ui,Uμ在高温均随分子间距离的增加而急剧地降低,即与距离的六次方成反比。Uμ只在低温没有分子转动之热运动的晶体中才能与距离的三次方呈反比关系。此时, Ui与Uμ显然有了差异。

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