分子间力与氢键

为什么是这样

分子内部靠共价键连接，而分子与分子之间只有弱得多的吸引力，统称分子间力。其中在所有分子之间都存在的那种叫范德华力 —— 与有没有极性无关。

范德华力的强弱主要看两点。分子量：分子越大、电子越多，瞬时的电荷偏移越明显，力越强。所以卤素单质从 F₂ 到 I₂ 沸点递增。极性：分子量差不多时，极性分子之间还多一份静电吸引，所以沸点更高 —— F₂（分子量 38）沸点 −188 ℃，而 HCl（36.5）是 −85 ℃。

氢键是另一回事。当氢与电负性很大的原子成键时，共用电子对被拉走得很厉害，氢原子核几乎「裸」着 —— 它能去和另一个分子上的孤对电子结合。这种以氢为中介的分子间结合叫氢键。能形成氢键的元素只限于第 2 周期的 F、O、N：第 3 周期的氯电负性也大，但原子半径大了一圈，无法靠近那个氢，吸引力就弱了。

找氢键要同时找两头：给出氢的一方叫供体，提供孤对电子的一方叫受体。乙醇的羟基既能供出这样的氢，其氧也可接受氢键。用 O–H 实线表示分子内共价键，用 O—H···O 的虚线段表示氢键，不能把两种连接混为一谈。

定量表达

三种结合的强弱次序要记住：共价键 ＞ 氢键 ＞ 范德华力，比例大约是 100 : 10 : 1（这是帮助比较的数量级，不是每种分子都严格等于这个比）。这个数量级关系解释了很多现象：加热能让分子晶体熔化（拆分子间力）却不分解分子（不拆共价键）。

多数分子规则排列成的固体叫分子晶体。因为分子间力弱，它们普遍软、熔点低、容易升华，而且不导电（没有可移动的电子或离子）。碘 I₂、萘 C₁₀H₈、干冰 CO₂ 都是。

水的几条反常性质都来自氢键。每个水分子能与周围 4 个水分子形成氢键，构成空隙很多的结构；冰融化时这个结构部分崩塌、空隙减少，所以液态水的密度大于冰 —— 冰才会浮在水上。除水以外，固体密度小于液体的物质极少见。