偶極－偶極力 Dipole－Dipole Forces

化學原理啟迪402

Elie Saab Couture Spring/Summer 2013 

1.     帶有「極性鍵」的分子就像一個電廠，因為它有一個正電荷中心，也有一個負電荷中心，展現出偶極矩dipole moment的特性。

2.     偶極矩分子，能夠與其他分子以靜電力互相吸引。這些偶極矩分子，以自己帶正電的末端與其他分子帶負電的末端互相吸引，彼此靠近，形成偶極－偶極吸引力 dipole－dipole attraction。

3.     處於凝態的物質，例如液態物質，分子偶極矩的引力與斥力表現最佳。「偶極－偶極力」的強度只有「共價鍵」和「離子鍵」強度的1%。

4.     如果偶極矩分子們彼此的距離變遠，「偶極－偶極力」就會迅速變弱；當物質的相是氣體，又處於低壓中，分子們彼此距離遙遠，「偶極－偶極力」就比較不重要了。

5.     當分子的組成原子是，「氫原子」與「陰電性強大的原子」鍵結，例如氮、氧、氟都是有強陰電性的原子，這種分子間的「偶極－偶極力」特別強。

6.     「偶極－偶極力」的強弱與2個因素有關：化學鍵的極性是否很強？偶極矩分子彼此間是否十分靠近？當分子的組成原子是體積很小的氫原子，它們彼此比較能夠緊密靠近。

7.     「氫」與「強陰電性原子」結合成的分子，彼此的「偶極－偶極力」異常地強，對這種特殊的分子間引力，科學家命名為氫鍵hydrogen bonding。下圖為水分子的氫鍵：

8.     氫鍵對許多物質的物理性質影響極大。我們以下圖為例說明，這是4A、5A、6A、7A族元素組成的氫化物的沸點：

9.     特別留意，無極性四面體的4A族氫化物，隨著莫耳量增加，沸點也穩定增加。

10. 然而，5A、6A、7A族的氫化物，最輕的元素都有超乎預期高的沸點，為什麼？

答案在於，5A、6A、7A族的氫化物中，最小的分子有最強的極性「X－H鍵」，也因此分子間的「氫鍵」最強。

11. 這些分子間的氫鍵特別強，有二個主要的原因：

第一個原因是，每一族元素中最輕的那個元素的陰電性最強，這使得它們的X－H鍵極性最強；

第二個原因是，每一族的第一列元素體積最小，這讓各分子的偶極矩可彼此靠近，進而強化分子間的力量。

12. 因為5A、6A、7A族最輕元素組成的氫化物分子，彼此的交互作用如此地強，要打破這類分子間的作用力，將這些分子從緊密結合的液態，分開成彼此遠離的氣態，必須灌注非常大的能量才能達成，這就是為什麼這些物質的沸點異常地高（比同族其他元素組成的氫化物還要高）。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Vias.org/genchem、Encyclopedia.lubopitko-bg.com、Wps.prenhall.com、2012books.lardbucket.org