液体偶极子之间力的平衡关系
如果分子是由两个以上原子组成,在确定分子是极性还是非极性时,还必须考虑分子的几何形状。下图显示了二氧化碳分子与水分子之间的比较,二氧化碳是线性分子,偶极子因强度相同方向相反而互相抵消,对外显示整体分子的极性为零;水分子的两个极性键有夹角,因此整体对外显示出极性。
二氧化碳与水分子的极性
非极性分子间的力非极性分子之间没有强大的氢键结合,那么它们是如何相互影响的呢?
前节介绍了氯气分子和二氧化碳分子,它们都是非极性的。对于由更多原子组成的一些分子,由于组合几何结构的关系,它们也往往对外显示出极性或非极性。比如三角形平面排列的三氟化硼和四面体排列的甲烷,它们都是非极性分子,因此不会产生整体偶极子。
对称排列不会产生整体偶极子
非极性分子是通过伦敦分散力进行结合的。伦敦分散力简称“伦敦力”,它是指非极性分子内部由于电子移动产生的瞬时偶极诱导的偶极力。伦敦力是范德华力的一部分,因此它并不与范德华力相矛盾。
非极性分子尽管整体上对外不显示极性,但它内部电子在运动的过程中会因为移动位置的原因产生某些瞬间的不平衡,这种内部电荷的不平衡状态反应到整个分子上,就使得分子在某些瞬间产生整体的偶极性。当一个分子出现瞬间极性时,它会感应附近的分子,使之电荷相反,从而实现互相吸引。由于伦敦力的相互吸引作用很弱,导致非极性分子的间距较大,油大多由非极性分子组成,因此油的密度普遍比水低,它会浮在水的上方。
非极性分子感应偶极子产生伦敦力
水油不混溶的原因通过前面的介绍,我们了解了:
水分子由于氢氧共价键是偶极子,同时两个氢氧键之间存在夹角,所以水分子是偶极子。