学习指南

分子间作用力

IB 化学 HL· 主题2：成键与结构模型，2.4 分子间作用力· 25 分钟阅读

1. 分子间作用力 vs 分子内作用力★★☆☆☆⏱ 5 min

📘 定义

分子间作用力

作用于独立分子之间（或稀有气体等单原子物质的原子之间）的吸引力，强度远弱于分子内化学键。

例:

液态水中将独立H₂O分子结合在一起的作用力

📘 定义

分子内作用力

将单个分子或离子晶格内的原子结合在一起的作用力，包括共价键、离子键和金属键。

例:

单个H₂O分子内的O-H共价键

📐 例题

判断乙醇（C₂H₅OH）沸腾时断裂的是分子间作用力还是分子内作用力。

  1. 1

    沸腾是将液态乙醇转化为气态乙醇的相变过程，该过程不会断裂共价键。

  2. 2

    断裂的是独立乙醇分子之间的吸引力，而非分子内部的化学键。

  3. 3

    因此断裂的是分子间作用力。

2. 分子间作用力的类型★★★☆☆⏱ 8 min

📘 定义

伦敦色散力 (LDF)

由电子随机运动形成的瞬时偶极产生的暂时吸引力，强度随电子数（摩尔质量）和分子表面积增加而升高，存在于所有原子和分子之间。

例:

非极性甲烷（CH₄）分子之间的分子间作用力

  • 偶极-偶极作用力: 极性分子的永久偶极之间的静电吸引力，仅存在于极性分子之间，摩尔质量相近时强度强于伦敦色散力。

  • 氢键: 一种特殊的强偶极-偶极吸引力，发生在与N/O/F共价成键的氢原子，和另一分子中N/O/F原子上的孤对电子之间。

  • 离子-偶极作用力: 离子和极性分子之间的吸引力，是四种常见分子间作用力中最强的，存在于离子化合物和极性溶剂的混合物中（例如盐水）。

📐 例题

列出纯净甲胺（CH₃NH₂）样品中存在的所有分子间作用力类型。

  1. 1

    所有分子物质都存在伦敦色散力，因此LDF一定存在。

  2. 2

    甲胺的极性N-H键和C-N键产生净永久偶极，因此还存在偶极-偶极作用力。

  3. 3

    氢原子直接与N/O/F中的氮共价成键，因此还存在氢键。

  4. 4

    完整列表：伦敦色散力、偶极-偶极作用力、氢键。

3. 分子间作用力的相对强度★★★☆☆⏱ 7 min

对于摩尔质量和大小相近的分子，分子间作用力的强度顺序是固定的：

Ion-dipole>Hydrogen bonding>Dipole-dipole>London dispersion\text{Ion-dipole} > \text{Hydrogen bonding} > \text{Dipole-dipole} > \text{London dispersion}

仅比较伦敦色散力时，强度随以下因素升高：(1) 更多电子数（更高摩尔质量），(2) 更大分子表面积（直链 > 支链同分异构体）。

📐 例题

下列物质中哪一个沸点最高：CH₄、CH₃CH₃、CH₃CH₂CH₃、CH₃CH₂CH₂CH₃？请证明你的结论。

  1. 1

    四种化合物都是非极性烷烃，因此唯一存在的分子间作用力是伦敦色散力。

  2. 2

    沸点随分子间作用力强度升高而升高。对于非极性烷烃，LDF强度随碳链长度增加而升高（更高摩尔质量 = 更多电子）。

  3. 3

    CH₃CH₂CH₂CH₃（丁烷）碳链最长、摩尔质量最高、LDF最强，因此沸点最高。

✓ 快速检测

测试你对强度顺序的理解：

  1. 对于大小相近的分子，下列哪个选项正确地将分子间作用力按从弱到强排序？

    • A: 伦敦色散力 < 偶极-偶极作用力 < 氢键 < 离子-偶极作用力

    • B: 偶极-偶极作用力 < 伦敦色散力 < 氢键 < 离子-偶极作用力

    • C: 伦敦色散力 < 氢键 < 偶极-偶极作用力 < 离子-偶极作用力

    • D: 离子-偶极作用力 < 伦敦色散力 < 偶极-偶极作用力 < 氢键

    显示答案
    A —

    正确！这符合大小相近分子的一般强度顺序。

4. 分子间作用力与物理性质★★★★☆⏱ 7 min

分子间作用力的强度直接决定分子物质的宏观物理性质：分子间作用力越强，沸点越高、熔点越高、黏度越大、表面张力越大、挥发性越低。溶解度遵循相似相溶规则：极性/离子性物质溶于极性溶剂，非极性物质溶于非极性溶剂。

📐 例题

解释为什么乙醇（C₂H₅OH）的沸点高于二甲醚（CH₃OCH₃），尽管二者分子式均为C₂H₆O。

  1. 1

    两种分子摩尔质量相同，因此伦敦色散力强度大致相等。

  2. 2

    乙醇中，氢原子直接与氧共价成键，因此乙醇分子之间可以形成氢键。

  3. 3

    二甲醚中，氧与两个碳原子成键，没有直接与氧成键的氢原子，因此二甲醚只有偶极-偶极作用力，没有氢键。

  4. 4

    氢键强度强于偶极-偶极作用力，因此乙醇的总分子间作用力更强，分离分子需要更多能量，因此沸点更高。

Exam tip:

书面答题中一定要明确将结构与性质联系起来

5. 常见陷阱

错误做法:

声称分子物质沸腾时会断裂共价键

原因:

学生在相变过程中混淆了分子间和分子内作用力

正确做法:

分子化合物的相变仅分离分子，因此只有分子间作用力断裂，共价键保持完整。

错误做法:

忘记所有分子（包括极性分子）都存在伦敦色散力

原因:

学生只列出最强的分子间作用力，但所有符合条件的类型都存在

正确做法:

列出任何分子物质的分子间作用力时，都要包含伦敦色散力。

错误做法:

声称分子中任何氢原子都能形成氢键

原因:

氢键要求H直接与N/O/F成键，而非分子中任意H都可以

正确做法:

检查氢原子的成键情况：只有与N/O/F共价成键的H才能形成氢键。

错误做法:

认为支链烷烃的分子间作用力强于直链同分异构体

原因:

学生混淆了支化对分子表面积的影响

正确做法:

相同分子式下，直链烷烃分子之间的接触面积更大，因此LDF更强，沸点高于支链同分异构体。

错误做法:

声称氢键强度强于共价键

原因:

"键"这个名称导致分子间和分子内作用力的混淆

正确做法:

氢键是强分子间作用力，强度仍然只有分子内共价键的1/10到1/20。

6. 速查表

分子间作用力类型

存在场景

相对强度（分子大小相近时）

离子-偶极作用力

离子和极性分子之间

1 (最强)

氢键

含有与N/O/F成键的H的分子之间

2

偶极-偶极作用力

具有永久偶极的极性分子之间

3

伦敦色散力

所有原子/分子之间

4 (最弱)

一般性质关系

分子间作用力越强 →

沸点/熔点越高，黏度越大，挥发性越低

7. 常见问题

氢键是真正的化学键吗？

不是。氢键是一种强分子间吸引力，而非共价/离子型分子内化学键。它的强度仍然只有共价键的1/10到1/20。

非极性分子存在分子间作用力吗？

存在。所有原子和分子都存在伦敦色散力，非极性分子也不例外。没有分子间吸引力，分子物质就无法以液态/固态存在。

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2025 · P1

    比较同分异构体的沸点

  • 2024 · P2

    识别存在的所有分子间作用力

  • 2023 · P1

    按强度对分子间作用力排序

下一步

理解分子间作用力是解释分子化合物宏观性质的基础，也是IB化学中多个高级主题的基础，包括有机化学反应性、溶解度规则、分离技术，以及蛋白质和DNA等生物大分子的结构。分子间作用力还将成键结构与可观察的物理性质联系起来，这是IB化学考试中反复出现的核心评估主题。多练习应用分子间作用力概念比较沸点、解释溶解度趋势，就能掌握这个高频考点。