第 8章 分子间作用力和界面化学
一, 分子间作用力
非化学键 (共价键,离子键,金属键 )的分子间相互作用
化学键能, H–H 436 kJ/mol F–F 155 kJ/mol
O=O 708 kJ/mol Cl–Cl 243 kJ/mol
N?N 945 kJ/mol
>200kJ/mol
氢键 10 –30 kJ/mol
分子间作用力 <10 kJ/mol 300 ~500pm
1,范德华 (van der Walls)力
静电力 偶极和偶极相互作用,H2O,NH3,
诱导力 偶极和诱导偶极相互作用,H2O,NH3,H2O-O2
色散力 诱导偶极和诱导偶极相互作用 极化率越大,色散力 越大
Ar,N2,O2
例如,
Cl2,O2,H2 只有色散力,
CH3CH2OH,H2O,诱导力,静电力,色散力,氢键
?诱导 =?(极化率 )E(电场强度 )
极化率的大小由分子的电荷分布和变形的程度有关
离子和偶极 偶极和偶极
偶极和诱导偶极
偶极 -诱导偶极相互作用使单质分子部分溶于水
色散力 (沸点 ) 与分子大小的关系
静电
诱导
色散
不同分子间作用力的强度
F2(g) Cl2 (g) Br2 (l) I2(s)
??? 半径增大,色散力增大
非极性分子的摩尔汽化焓和沸点与分子量的关系
极性分子的摩尔汽化焓和沸点与分子量的关系
不同分子的分子间作用能
偶极矩 ? 极化率 ? E静电
kJ/mol
E诱导
kJ/mol
E色散
kJ/mol
色散 %
kJ/mol
Ar 0.00 1.58 0.00 0.00 8.5 100
CO 0.39 2.20 0.003 0.008 8.75 99
HCl 3.60 2.93 3.31 1.00 16.83 80
HBr 2.67 4.01 0.69 0.502 21.94 95
HI 1.40 6.06 0.005 0.113 25.87 99
NH3 4.90 2.47 13.31 1.55 14.95 50
H2O 6.17 1.65 36.39 1.93 9.00 19
2,范德华半径
|——--| r共价
r范氏
H(r) 共价 37 pm F(r) 共价 64 pm
H(r) 范氏 120 pm F(r) 范氏 135 pm
表面张力 (surface tension)和表面活性剂
(surfactants)
13章,p11 表面张力，毛细现象和黏度实验
二, 水溶液的界面化学
C
( a )
( b )
( c )
?
液体表面和内部受力
不同
不同物质的表面张力
(a) 无机盐 (b) 极性有机物
(c) 表面活性剂
低表面张力 高表面张力
接触角小 润湿 接触角大 不润湿
g
s
l
l
s
g
C O O -
表面活性剂的双亲分子
例如, 肥皂
C17H35COONa
双亲分子在水中的排列
（降低表面张力）
表面活性剂,显著降低表面张力的物质
阴离子型表面活性剂
CH3-CH2-CH2…OSO 3- Na+ 烷基硫酸酯盐
CH3-CH2-CH2…COO - Na+ 羧酸盐
CH3-CH2-CH2…SO 3- Na+ 烷基磺酸盐
阳离子型表面活性剂
CH3-CH2-CH2…N(CH 3)3+ Cl-
非离子型表面活性剂
R-CH2-CH2…O -(CH2-CH2O)nH
洗洁精 （聚氧乙烯十二烷基硫酸酯钠 +烷基苯磺酸钠 ）
R-OCH2-CH2…O -(CH2-CH2O)n SO3Na
表面活性剂的作用
1、润湿作用，改变接触角，降低 ?l,g和 ?l,s
2、起泡作用
3、加溶作用
4、乳化作用
水包油胶团
十二烷基硫酸酯钠（一种阴离子型表面活性剂）
亲水基的亲水顺序
— OSO3–(硫酸酯 )> — COO– > — SO3–(磺酸 )> — N+R3 (季胺
盐 > — COO—(酯 )> — COOH > — OH > — O —>
疏水基的疏水顺序
烷烃基 >烯烃基 >带烷烃链的芳烃基 >芳烃基
1.肥皂
( C17H35COO)3 C3H5 +3 NaOH ?? 3 C17H35COONa + C3H5(OH)3
甘油三脂 肥皂 甘油
水包油胶团
三, 日常生活中常用的表面活性剂
2,洗衣粉
烷基苯磺酸钠
R S O
3
-
N a
+R
=
C 12 H 25
S O 3
-
N a
+
添加剂, 三聚磷酸钠
络合、碱性、吸水 P
O
P
O
P
3,洗洁精
烷基苯磺酸钠 + 聚氧乙烯十二烷基硫酸酯的钠盐 + 增稠剂
C12H25–O–(CH2CH2 –O)n–SO3Na (CMC)
增稠剂, 羧甲基纤维素 (CMC)
4,护肤品
油包水 –-霜剂 ( cream )
水包油 —乳液 ( lotion )
1,浮游选矿
集捕剂 (即表面活性剂 )
b u b b l ea i r
矿石颗粒
四, 表面活性剂的工农业应用
2,油田开采
水包油,上浮
农药中的表面活性剂
润湿作用
农药在叶面的分散
固 -气界面
固体的表面吸附，物理吸附和化学吸附，分子筛
A型分子筛的结构 Chap.9,p14 current issue
五, 固 -气，固 -液,固 -固界面化学
多相催化 (固 -气界面 )
高比表面
载体
物理吸附
化学吸附
金属表面上乙烯加氢 (D2)
的多相催化过程
一, 分子间作用力
非化学键 (共价键,离子键,金属键 )的分子间相互作用
化学键能, H–H 436 kJ/mol F–F 155 kJ/mol
O=O 708 kJ/mol Cl–Cl 243 kJ/mol
N?N 945 kJ/mol
>200kJ/mol
氢键 10 –30 kJ/mol
分子间作用力 <10 kJ/mol 300 ~500pm
1,范德华 (van der Walls)力
静电力 偶极和偶极相互作用,H2O,NH3,
诱导力 偶极和诱导偶极相互作用,H2O,NH3,H2O-O2
色散力 诱导偶极和诱导偶极相互作用 极化率越大,色散力 越大
Ar,N2,O2
例如,
Cl2,O2,H2 只有色散力,
CH3CH2OH,H2O,诱导力,静电力,色散力,氢键
?诱导 =?(极化率 )E(电场强度 )
极化率的大小由分子的电荷分布和变形的程度有关
离子和偶极 偶极和偶极
偶极和诱导偶极
偶极 -诱导偶极相互作用使单质分子部分溶于水
色散力 (沸点 ) 与分子大小的关系
静电
诱导
色散
不同分子间作用力的强度
F2(g) Cl2 (g) Br2 (l) I2(s)
??? 半径增大,色散力增大
非极性分子的摩尔汽化焓和沸点与分子量的关系
极性分子的摩尔汽化焓和沸点与分子量的关系
不同分子的分子间作用能
偶极矩 ? 极化率 ? E静电
kJ/mol
E诱导
kJ/mol
E色散
kJ/mol
色散 %
kJ/mol
Ar 0.00 1.58 0.00 0.00 8.5 100
CO 0.39 2.20 0.003 0.008 8.75 99
HCl 3.60 2.93 3.31 1.00 16.83 80
HBr 2.67 4.01 0.69 0.502 21.94 95
HI 1.40 6.06 0.005 0.113 25.87 99
NH3 4.90 2.47 13.31 1.55 14.95 50
H2O 6.17 1.65 36.39 1.93 9.00 19
2,范德华半径
|——--| r共价
r范氏
H(r) 共价 37 pm F(r) 共价 64 pm
H(r) 范氏 120 pm F(r) 范氏 135 pm
表面张力 (surface tension)和表面活性剂
(surfactants)
13章,p11 表面张力，毛细现象和黏度实验
二, 水溶液的界面化学
C
( a )
( b )
( c )
?
液体表面和内部受力
不同
不同物质的表面张力
(a) 无机盐 (b) 极性有机物
(c) 表面活性剂
低表面张力 高表面张力
接触角小 润湿 接触角大 不润湿
g
s
l
l
s
g
C O O -
表面活性剂的双亲分子
例如, 肥皂
C17H35COONa
双亲分子在水中的排列
（降低表面张力）
表面活性剂,显著降低表面张力的物质
阴离子型表面活性剂
CH3-CH2-CH2…OSO 3- Na+ 烷基硫酸酯盐
CH3-CH2-CH2…COO - Na+ 羧酸盐
CH3-CH2-CH2…SO 3- Na+ 烷基磺酸盐
阳离子型表面活性剂
CH3-CH2-CH2…N(CH 3)3+ Cl-
非离子型表面活性剂
R-CH2-CH2…O -(CH2-CH2O)nH
洗洁精 （聚氧乙烯十二烷基硫酸酯钠 +烷基苯磺酸钠 ）
R-OCH2-CH2…O -(CH2-CH2O)n SO3Na
表面活性剂的作用
1、润湿作用，改变接触角，降低 ?l,g和 ?l,s
2、起泡作用
3、加溶作用
4、乳化作用
水包油胶团
十二烷基硫酸酯钠（一种阴离子型表面活性剂）
亲水基的亲水顺序
— OSO3–(硫酸酯 )> — COO– > — SO3–(磺酸 )> — N+R3 (季胺
盐 > — COO—(酯 )> — COOH > — OH > — O —>
疏水基的疏水顺序
烷烃基 >烯烃基 >带烷烃链的芳烃基 >芳烃基
1.肥皂
( C17H35COO)3 C3H5 +3 NaOH ?? 3 C17H35COONa + C3H5(OH)3
甘油三脂 肥皂 甘油
水包油胶团
三, 日常生活中常用的表面活性剂
2,洗衣粉
烷基苯磺酸钠
R S O
3
-
N a
+R
=
C 12 H 25
S O 3
-
N a
+
添加剂, 三聚磷酸钠
络合、碱性、吸水 P
O
P
O
P
3,洗洁精
烷基苯磺酸钠 + 聚氧乙烯十二烷基硫酸酯的钠盐 + 增稠剂
C12H25–O–(CH2CH2 –O)n–SO3Na (CMC)
增稠剂, 羧甲基纤维素 (CMC)
4,护肤品
油包水 –-霜剂 ( cream )
水包油 —乳液 ( lotion )
1,浮游选矿
集捕剂 (即表面活性剂 )
b u b b l ea i r
矿石颗粒
四, 表面活性剂的工农业应用
2,油田开采
水包油,上浮
农药中的表面活性剂
润湿作用
农药在叶面的分散
固 -气界面
固体的表面吸附，物理吸附和化学吸附，分子筛
A型分子筛的结构 Chap.9,p14 current issue
五, 固 -气，固 -液,固 -固界面化学
多相催化 (固 -气界面 )
高比表面
载体
物理吸附
化学吸附
金属表面上乙烯加氢 (D2)
的多相催化过程
