1.6　分子间力

原子通过化学键（共价键、离子键、金属键）相互结合而形成分子。化学键类型是决定分子化学性质的重要因素。而所有的分子在适当的条件下都能以固态和液态形式存在，表明所有分子与分子之间还存在一种作用力，即分子间力 （intermolecular forces）。某些较大分子的基团之间，以及小分子与大分子内的基团之间，也存在着各种各样的作用力。相对于化学键，这种作用力要弱得多，一般在2～20kJ/mol，比化学键能（100～600kJ/mol）小1～2个数量级，通称为范德华引力 （van der Waals force）。大多数分子间力是短程作用力，只有当分子或基团距离很近时才显现出来。范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。范德华力包括三种不同来源的作用力，即色散力、诱导力和偶极-偶极作用力。属于分子间作用力的还有氢键。

物质的熔点、沸点、溶解度、气化热、熔化热、表面张力等许多物理化学性质，主要取决于这种分子间弱的相互作用。

1.6.1　偶极-偶极作用力（静电力）

极性共价键A—B中正负电荷中心是不重合的。例如，在氯甲烷中，氯有较大的电负性，带有部分负电荷，碳原子则带有部分正电荷。由于静电相互作用，这类极性分子的负电荷一端吸引另一带正电荷的一端，出现以下交替的有序排列：

这种由于极性分子的偶极矩间的静电相互作用而产生的作用力，称为偶极-偶极作用力，或静电力 （electrostatic force）。

1.6.2　诱导力

在极性分子固有（永久）偶极矩的电场或其他电场中，非极性分子的电荷分布将受到影响，使非极性分子的电子云与原子核发生相对位移，本来非极性分子中的正、负电荷重心是重合的，变形后就不再重合，使非极性分子产生偶极。这种由于电荷重心的相对位移而产生的偶极，叫作诱导偶极，以区别于极性分子中原有的固有偶极。诱导偶极和固有偶极相互吸引。这种分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性吸引力，称为诱导力。在极性分子与非极性分子之间以及极性分子与极性分子之间都存在诱导力。

1.6.3　色散力

非极性分子虽然没有永久偶极矩，但仍有相互作用能，而且并不比极性分子间的相互作用能小多少。这是由于非极性分子具有瞬间做周期性变化的偶极矩，伴随着这种周期性变化的偶极矩产生相应的周期变化的电场，它诱导邻近分子使其极化，而极化了的分子又会反过来再诱使这种瞬间做周期性变化的偶极矩变化的幅度增大。这种静电作用力称为色散作用。分子的瞬时偶极矩的矢量方向和大小在不断变动之中。可以想见，分子内电子越多、分子刚性越差、分子越大，分子中的电子云越松散，因而越容易变形，色散力就越大。色散力没有方向。

卤素分子物理性质很容易用分子间色散力作定性的说明。F₂、Cl₂、Br₂、I₂都是非极性分子。分子量增大，原子半径增大，电子增多，因此色散力增加，分子变形性增加，分子间力增加。常温下F₂和Cl₂是气体，Br₂是液体，而I₂则是固体。

1.6.4　氢键

HF、H₂O、NH₃等氢化物的分子量与相应同族氢化物比较明显地小，但它们的熔点、沸点则反常地高，其原因在于这些分子间存在氢键 （hydrogen bond）。实验表明，氢原子可以同时与两个具有较大电负性且原子半径较小和带有未共享电子对的原子相结合。氢键常用虚线表示，如A—HB，其中A、B是O、N或F原子。A与B的电负性越大，氢键越强。氢键产生的本质原因，是A的电负性较大，A—H键中电子云明显偏向A原子，使得H显示出部分正电荷，而B原子也有很高的电子密度，与H以静电引力相结合。氢键既可以是分子间的，也可以是分子内的，但比起共价键来说要弱得多，一般不超过40kJ/mol。例如：

在某些情况下，H—A中的氢可以同时与两个B形成氢键。这种类型的氢键称为三中心氢键，甚至B可以同时与两个H—A形成氢键。例如：

C—H键只有当具有足够大的酸性时才可能有弱的氢键作用。例如RC≡C—H、H—C≡N、HCCl₃等，在液态形成三聚体，也是由于氢键造成的。

分子间的这些作用力是普遍存在的。分子间氢键的作用，在蛋白质、酶、核酸等生物大分子的构象、生理功能显示等方面具有极其重要的意义。在分子组装尤其是生物大分子组装等现代分子工程学的研究中，也日益受到人们的重视。在对分子间相互作用的研究中，逐步发展起来了“超分子化学”这门新的学科，成为当代化学领域的前沿课题之一。