分子间作用力 分子间作用力是分子与分子之间存在的、弱于化学键的相互作用力。这些力虽然较弱，但在决定物质的许多物理性质（如沸点、熔点、粘度、表面张力）以及物质的三维结构（如蛋白质折叠、DNA双螺旋）方面起着至关重要的作用。 起源：瞬时偶极 首先，我们需要理解作用力的来源。想象一个分子，比如氢气（H₂），它整体上是电中性的，没有永久的正负电荷中心分离。但是，电子在分子内部是持续不断运动的。在某一瞬间，电子可能会偶然地聚集在分子的一侧，导致该侧瞬间带微弱的负电，而另一侧则带微弱的正电。这就产生了一个瞬间的、不断变化的“瞬时偶极”。 伦敦色散力 当一个分子（分子A）产生瞬时偶极时，这个偶极会产生一个微弱的电场。这个电场会立即影响它邻近的分子（分子B），使得分子B中的电子云发生位移，诱导出一个与之匹配的偶极（即分子B靠近分子A的一侧呈现相反的电荷）。这两个瞬时偶极之间产生的微弱静电吸引力，就被称为 伦敦色散力 。 特点 ：它存在于所有分子之间（极性分子和非极性分子），是作用范围最短、最弱的分子间作用力。 影响因素 ：分子量越大、电子云越容易变形（极化率越高）的分子，其色散力就越强。例如，在卤素单质中，从F₂到I₂，分子量和电子云尺寸增大，色散力增强，因此熔沸点依次升高。 偶极-偶极相互作用 现在考虑极性分子，例如氯化氢（HCl）。氯原子的电负性远大于氢原子，导致共用电子对强烈偏向氯原子一方，使得分子具有一个永久的正极（H端）和永久的负极（Cl端），这称为 永久偶极 。 当两个这样的极性分子相互靠近时，一个分子的正极会与另一个分子的负极相互吸引。这种发生在极性分子之间的、永久偶极之间的静电相互作用，就是 偶极-偶极相互作用 。 特点 ：它比色散力强，但依然远弱于化学键。只存在于极性分子之间。 影响因素 ：分子的极性（偶极矩）越大，这种作用力就越强。 氢键 氢键是一种特殊形式的、强度较高的偶极-偶极相互作用。它发生在已经与高电负性原子（主要是氮N、氧O、氟F）形成共价键的氢原子，和另一个高电负性原子（N, O, F）的孤对电子之间。 例如，在水（H₂O）分子中，O-H键的氢原子带部分正电荷，它可以与邻近水分子中氧原子上的孤对电子相互吸引，形成氢键。 特点 ：氢键是分子间作用力中最强的一种，其强度大约是普通偶极-偶极作用的10倍，但仍然是化学键强度的1/10到1/20。 重要性 ：氢键解释了水为何具有异常高的沸点、冰为何密度比水小，同时也是DNA双螺旋结构和蛋白质二级结构得以稳定的关键。 作用力的比较与总结 分子间作用力的强度顺序一般为： 离子键或共价键 >> 氢键 > 偶极-偶极相互作用 > 伦敦色散力 。 理解这些力的层次关系，可以解释许多宏观现象。例如，同为非极性分子，甲烷（CH₄）的沸点比戊烷（C₅H₁₂）低得多，是因为戊烷的分子量更大，色散力更强。而乙醇（C₂H₅OH，有氢键）的沸点远高于分子量相近的丙烷（C₃H₈，只有色散力），则是因为破坏乙醇分子间的氢键需要更多的能量。