分子间作用力 — AP 化学
AP 化学 · 第3单元：分子间作用力与性质 · 14 min read
1. 什么是分子间作用力？ ★★☆☆☆ ⏱ 2 min
分子间作用力（缩写为IMF）是作用于独立离散分子、单原子原子（如稀有气体原子）或离子之间的静电吸引力。它与将原子束缚在单个化学单元内的分子内键（共价键、离子键、金属键）不同。
所有分子间吸引力都源自部分电荷或全电荷之间的库仑相互作用，且强度普遍弱于分子内化学键：典型分子间作用力的强度范围为1-100 kJ/mol，而共价键强度超过150 kJ/mol。这种差异说明相变（熔化、沸腾）仅需要克服分子间作用力，不需要断裂分子内化学键。
2. 伦敦色散力 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
伦敦色散力的强度取决于极化率，即电子云被扭曲的难易程度。极化率随总电子数（即摩尔质量）的增加而升高。对于摩尔质量相同的分子，伦敦色散力强度还取决于分子形状：直链无支链分子比球形支链同分异构体拥有更大的分子间接触表面积，因此色散力更强。
V \propto -\frac{\alpha_1 \alpha_2}{r^6}
Exam tip: 比较伦敦色散力强度时，首先检查是否为摩尔质量相同的同分异构体——如果摩尔质量相同，强度差异来自表面积，而非其他类型的分子间作用力。
3. 偶极-偶极相互作用与氢键 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
偶极-偶极吸引的势能满足以下关系，其中$\mu$是每个分子的永久偶极矩，$k$是玻尔兹曼常数，$T$是绝对温度。偶极矩越大，吸引力越强；高温会破坏偶极排列，削弱净吸引力。
V \propto -\frac{\mu_1^2 \mu_2^2}{r^6 kT}
氢键的强度为20-40 kJ/mol，而普通偶极-偶极相互作用的强度仅为1-5 kJ/mol。
Exam tip: 对于两种不同分子间的氢键（例如乙醇和水），你只需要一个分子上有给体H（与N/O/F键合），另一个分子上有受体N/O/F即可——不需要两个分子都有给体H。
4. 离子-偶极作用力 ★★★☆☆ ⏱ 3 min
离子-偶极作用力最高可达约100 kJ/mol，强度与弱分子内键相当。离子-偶极吸引的势能满足以下关系，其中$z$是离子电荷，$\mu$是极性分子的偶极矩，$r$是离子与偶极中心的距离。离子电荷越高、偶极矩越大，吸引力越强。
V \propto -\frac{z \mu}{r^2}
由于吸引力遵循$r^2$反比关系（中性分子间作用力为$r^6$反比），离子-偶极吸引力随距离增加衰减慢得多，因此净相互作用更强。
Exam tip: 当题目要求解释离子化合物为什么溶于水时，一定要明确指出离子与水分子之间的离子-偶极作用力是关键稳定相互作用，不要只写"相似相溶"。
5. AP风格练习例题讲解 ★★★★☆ ⏱ 4 min
Common Pitfalls
Why: 学生混淆了支化与极性，忘记支化会减少分子间的接触表面积
Why: 有机化学课程会讨论分子内氢键，导致学生将其与完整化学键混淆
Why: 学生记住了氢键需要N/O/F，忘记了H必须直接与N/O/F共价键合的要求
Why: 学生记住了"氢键 > 偶极-偶极 > 伦敦色散力"的规则，忘记该规则仅适用于摩尔质量相近的情况
Why: 学生看到F就自动认为存在氢键，忽略了H的键合情况
Quick Reference Cheatsheet