什么是偶极作用

简单来说偶极作用是分子或化学键中由于电荷分布不均匀而产生的正、负电荷中心分离的现象以及由此引发的静电相互作用。为了更透彻地理解我们可以把“偶极作用”拆解为几个层次来看1. 什么是“偶极”“偶极”指一对大小相等、符号相反的电荷被一个微小的距离隔开。我们可以把它想象成一个微型的“电池”一头带部分正电荷δ⁺一头带部分负电荷δ⁻。永久偶极由于不同原子对电子的吸引能力电负性不同导致共用电子对偏向一方使得分子自带正负端。例如水分子H₂O中氧原子电负性更强吸引电子使氧端带部分负电δ⁻氢端带部分正电δ⁺。水分子就是一个具有永久偶极的极性分子。瞬时偶极在任何一个分子中电子都在不断运动。某个瞬间电子可能偶然集中在分子的一侧从而产生一个瞬间的、不断变化的正负端。这对于理解范德华力中的色散力很重要。诱导偶极当一个非极性分子本身没有正负端靠近一个离子或极性分子时受其强电场的吸引或排斥电子云会发生变形被“诱导”出临时正负端。2. 偶极作用有哪几种化学中常说的“偶极作用”通常指代以下几种静电相互作用它们是超分子化学中非共价键的主要来源相互作用类型参与对象作用强度相对典型例子离子-偶极作用离子 极性分子强约 40–600 kJ/mol您提到的18-冠-6与K⁺的作用。K⁺是离子冠醚环上的氧原子因电负性强而带有部分负电荷形成了偶极正负相吸。偶极-偶极作用两个极性分子中等 约 5–50 kJ/mol水分子之间的氢键一种特强的偶极-偶极作用丙酮分子之间的正负端相互吸引。偶极-诱导偶极作用极性分子 非极性分子较弱 约 2–10 kJ/mol极性水分子的电场诱导非极性的碘分子I₂产生偶极从而使碘能微溶于水。3. 回到你的冠醚例子离子-偶极作用现在再回头看18-冠-6和K⁺这个例子就非常清晰了K⁺带正电荷的离子。18-冠-6的氧原子氧原子电负性很强会强烈吸引C-O键中的共享电子对使氧原子上富集负电荷形成负的偶极端δ⁻。作用过程带正电的K⁺被带部分负电的氧原子强烈吸引。这个离子-偶极作用是驱动它们形成超分子配合物的主要力量。总结核心概念偶极就是分子内部正负电荷中心的分离。重要性偶极作用是理解分子极性、溶解性“相似相溶”、沸点高低以及生物大分子如蛋白质折叠、酶与底物结合和超分子体系结构的关键。一句话记住偶极作用就是永恒的永久偶极或临时的瞬时/诱导偶极正负电荷中心之间的静电吸引力。