偶极力描述了一种可能发生在分子之间的互动形式。像磁铁一样,分子往往是极性的;根据其分子结构,它们在不同的侧面有正负电荷。一个分子的正极部分可以吸引另一个分子的负极部分,把它们拉到一起。有两种不同类型的偶极力;有些是永久性的,有些只持续一瞬间。这两种类型都对分子之间的相互作用有重大影响。
暂时的、瞬间的偶极力被称为伦敦色散力。原子中的电子是非常机动的,可以以这样的方式排列,发生临时偶极,或正负电荷的分离。当这种情况同时发生在多个分子上时,会发生短暂的吸引或排斥力。这一过程是基于特定原子或分子中的电子排列在特定时间以特定方式存在的概率。尽管伦敦色散力在单个原子和分子中相对罕见,但其意义重大,因为在特定物质中通常存在大量的原子或分子,这几乎保证了其中至少有一些将通过瞬时偶极子进行相互作用。
永久偶极力被称为偶极-偶极相互作用或基森相互作用,存在于极性分子之间。当一个分子由具有不同电负性值的原子组成时,往往会有一个永久偶极。电负性是原子或分子的一种属性,描述了它们将电子吸引到自己身上并与其他原子或分子形成结合的能力。当具有不同电负值的原子结合并形成分子时,它们往往在其结构的不同部分具有永久的、不同的电荷。当具有永久偶极的分子靠近其他具有永久偶极的分子时,分子的极性部分之间有许多强烈的吸引力和排斥力的相互作用。
氢键是由偶极力引起的第三种分子间相互作用,是永久偶极相互作用的另一种形式。它们只能发生在氢和另一个原子之间,因此被称为氢键。另一个原子可以是氧、氟或氮。氢键本质上是一种更强的偶极-偶极相互作用的形式。
氢键可能是不同种类的偶极力中最重要的一种,因为它们对水的影响。水分子由于其电子排列而具有很强的极性,它们往往表现出大量的氢键。一个水分子上的氢原子可以与其他水分子上的氧原子相互作用。这种程度的吸引使水具有在地球环境中发挥重要作用所必需的许多特性,如内聚力和高沸点。克服氢键需要大量的能量,这使得在主要由水组成的环境中具有很大的稳定性。
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