分子間作用力與熱相互作用

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簡介

分子間作用力是存在於周圍原子之間的一種強作用力。熱能是所有分子和粒子的**動能**總和。分子間吸引力也可以稱為**範德華力**。無論何時，原子、分子以及離子都非常接近。相反，分子間作用力與整個分子中發生的共價鍵有關。熱相互作用包括系統中固有的能量，並且與它的溫度相關。

什麼是分子間作用力？

分子間作用力確實是化合物原子之間存在的吸引和排斥力。這些力似乎控制著物質的物理和化學屬性。這些通常被稱為存在於分子甚至原子中的**靜電力**。

它存在於分子之間，但也影響產品的物理特性。分子中的質子（正電荷化合物）和電子（負電荷化合物）之間的相互作用產生了分子間吸引力。

什麼是熱相互作用？

熱相互作用被稱為由任何介質中原子以及分子的運動產生的能量。熱運動是系統中分子運動，產生**熱能**，但這種熱能隨溫度成比例變化。

分子間作用力的型別

分子間作用力受到一系列相互作用的影響，包括 -

• 偶極-偶極相互作用

• 離子-偶極相互作用

• 離子-誘導偶極相互作用

• 偶極-誘導偶極相互作用

• 色散力或倫敦力

偶極-偶極相互作用

極性化合物具有偶極-偶極相互作用。由共價鍵引起的原子電負性差異導致極性化合物產生**持久偶極**。當兩個分子發生反應時，一個分子的正電荷部分會被另一個分子的負電荷部分吸引。結果，吸引產生的力被稱為偶極-偶極相互作用。

舉例說明：在 HCl 中，由於 Cl 比 H 更具電負性，因此氯帶負電荷，而 H 帶正電荷。由相反電荷產生的強力被稱為偶極-偶極相互作用。

離子-偶極相互作用

離子-偶極相互作用在極性分子以及離子之間形成鍵。吸引力的強度由以下因素決定 -

• 離子的電荷以及大小

• 偶極矩的比例

• 極性分子的數量級

分子間作用力已由分散在水中的 NaCl 分子證明。Cl 發射負離子，而 Na 發射正離子。含有**極性分子**的水會被吸引到相反的電荷上。

離子-誘導偶極相互作用

離子與**非極性分子**的接近可能會使後者極化，最終導致這種誘導偶極。離子-誘導偶極相互作用通常是涉及它們的相互作用。這種相互作用的強度由離子的電荷以及非極性分子極化的場景決定。陰離子透過排斥分子使其極化，而陽離子透過吸引電子雲使其極化。例如，**血紅蛋白**存在於紅細胞中。這基於一個 Fe²⁺ 離子，它透過離子-誘導偶極力吸引 O₂ 離子。

偶極-誘導偶極相互作用

極性分子的存在使非極性分子能夠產生，從而導致偶極-誘導偶極相互作用。這種相互作用發生在沒有偶極的分子以及具有偶極的極性分子之間。當極性分子的永久極性破壞**未帶電分子**的價電子時，後者分子將成為偶極。

倫敦力或色散力

由於**電子運動**，色散力或倫敦力會形成暫時的正電荷和負電荷區域。由於原子以及非極性分子的電子雲被均勻分散，因此它缺乏偶極矩。另一方面，原子甚至分子可能會輕微地具有偶極特性。它們似乎是**最弱的作用力**，但它們只能傳播很短的距離。

分子間作用力與熱能

分子間作用力	熱能
作用於附近分子之間的強作用力稱為分子間作用力。	熱能是特定分子以及粒子的動能總和。
分子間吸引力使粒子保持完整。	熱相互作用導致它們分離。
氣體不應僅因強分子間相互作用而被**壓縮**液化	透過降低溫度來降低熱能，可以很容易地將氣體液化。
分子間作用力的優勢在氣體中相對較低，在固體中最大	熱能的優勢在固體中最低，在氣體中最高。

結論

本文總結了分子間作用力包括偶極-誘導偶極、離子-偶極相互作用、色散力以及偶極-偶極。分子間吸引力在氣體中似乎最小，但熱能最大。分子間作用力是物質的大部分化學和物理特性的原因。同樣，離子-偶極相互作用和偶極-偶極相互作用發生在離子以及極性物質之間。由於運動，單個分子的這種相互作用稱為動能，而所有粒子之間的總能量用於計算熱能。

常見問題

1. 哪個分子具有相對強的吸引力？

對於包含幾乎相同尺寸原子的化合物，化學鍵（離子鍵、共價鍵以及金屬鍵）在粒子之間的吸引力大於分子間吸引力。

2. 日常生活中熱平衡的例子是什麼？

當發動機溫度等於周圍溫度時，經過相當長一段時間後就會發生熱平衡。當一杯熱茶放在桌子上時，茶的溫度在很短時間內會等於環境溫度。

3. 水中是什麼導致了分子間作用力？

水包含極性 O–H 鍵。相鄰分子中的負氧原子吸引正 H 原子，導致了一種非常強的偶極-偶極力型別，稱為氫鍵。由於水錶現出氫鍵，因此它也具有偶極-誘導偶極以及倫敦色散力。

4. 我們應該如何將熱能與我們的日常生活聯絡起來？

烹飪、沸騰、吸菸、乾燥、冷卻以及生產都是有效利用熱能的例子。

5. 分子間作用力在日常生活中有什麼意義？

物質的可觀察特性通常由分子間作用力決定。水的大部分維持生命的特性，包括其高比熱容，似乎與其氫鍵功能以及分子間相互作用有關。

6. 熱導率如何響應分子間作用力？

元素原子之間的作用力可以透過分子間作用力觀察到。更大的力意味著材料具有更大的導電性。

7. 分子間作用力如何隨時間變化？

沸點越高。液體越難逸出到蒸汽相中，就需要更多的能量才能做到這一點，並且液體粒子之間的分子間作用力越高。