常溫下鹵素-氯、溴、碘有氣態、液態、固態等不同物質狀態 但都是同族分子 為什麼會有不同狀態呢？ 科學家發現氣體在適當條件下均能被液化 但分子間並沒有化學鍵 那是用何種方式的引力讓彼此能靠近 並形成液體或固體穩定存在呢？ 荷蘭物理學家凡得瓦 因而提出分子間存在某種微弱作用力的想法 分子間作用力和化學鍵相比雖然非常微弱 但決定了物質許多物理性質 例如：物質三態、溶解度等 分子因組成原子的數目、種類、排列方式不同 而有電子雲分布均勻與否的差異 因而也影響了分子間的作用力 分子間作用力主要有兩種形式 包括凡得瓦力和氫鍵 而凡得瓦力可再分為偶極-偶極力、偶極-誘發偶極力、分散力三種不同形式 偶極-偶極力是指極性分子間的作用力 極性分子因電子密度分布不均勻 而形成帶部分正電荷與帶部分負電荷兩端 當兩個極性分子互相接近時 正端和負端會互相吸引 如畫面氯化氫分子間的作用力 這種靜電吸引力稱為偶極-偶極力 下列哪些物質存在偶極-偶極力？ 選項二氧化碳的分子偶極矩為零 為非極性分子 分子間無偶極-偶極力 選項二氧化硫的分子偶極矩不為零 為極性分子 分子間存在偶極-偶極力 選項鈍氣氬為非極性分子 無偶極-偶極力 選項三氟化硼的分子偶極矩為零 為非極性分子 分子間無偶極-偶極力 選項氰化氫的分子偶極矩不為零 為極性分子 分子間存在偶極-偶極力 想一想當空氣處於25度C、1atm時 每公升海水可溶4.95毫升氧氣 但非極性的氧氣與水之間沒有偶極-偶極力 為什麼氧氣可以微溶於水中呢？ 當極性分子接近非極性分子時 非極性分子受到極性分子的靜電感應 電子雲受到排斥或吸引 使其瞬間分布不均勻 形成誘發偶極 極性分子偶極與非極性分子誘發偶極之間的靜電吸引力 稱為偶極-誘發偶極力 也就是說 氧氣和水之間存在著偶極-誘發偶極力 這種吸引力雖然非常微弱 卻是氧分子微溶於水的主要原因 截至目前為止 我們考慮分子間作用力僅於極性分子間 或極性分子與非極性分子間的作用力 但非極性分子或原子間是否存在吸引力呢？ 若於密閉系統中通入氬氣並提供低溫系統 經一段時間後可觀察到氬氣變成了液態及固態氬 但氬為非極性分子 為什麼非極性分子仍有吸引力 可形成固態或液態物質呢？ 科學家相信非極性分子間必然有吸引力存在 否則在任何條件下應該都會以氣體狀態存在 德裔科學家弗利茲‧倫敦在1930年首度解釋鈍氣互相吸引的原理 將該吸引力稱為倫敦分散力 為非極性分子的主要作用力 但存在所有分子之間 倫敦分散力的產生原因 推測是因不論原子或分子為何 電子始終處於運動狀態 電子雲分布可能瞬間不均勻 產生瞬間偶極 若影響鄰近的原子或分子的電子雲分布 將使它們產生誘發偶極 這個瞬間偶極和誘發偶極間就會產生微弱的靜電吸引力 以最簡單的鈍氣「氦」說明 當兩個電中性氦原子靠得夠近時 右邊的氦原子電荷瞬間分配不平均形成瞬間偶極 引發附近的另一氦原子的電子雲分布不均形成誘發偶極 瞬間偶極與誘發偶極即形成分散力 石墨烯是一種由碳原子組成六角型蜂巢晶格的平面薄膜 厚度只有一個碳原子 層層堆疊後就是常見的石墨 從前被認為是假設性的結構 直到2004年兩位英國曼徹斯特大學的物理學家 安德烈·蓋姆與其學生康斯坦丁·諾沃肖洛夫 以膠帶反覆剝離 成功地從石墨中剝離出單層石墨烯 得到現今世界上最薄、最堅硬、導電性最好的奈米材料 蓋姆和諾沃肖洛夫兩人共同獲得2010年的諾貝爾物理獎 請問用膠帶將石墨烯從石墨中分離的過程 是破壞哪一種作用力？ 接著我們來試著判斷一下 畫面中各分子間的作用力種類分別有哪些吧！ 氮為非極性分子 分子間作用力有分散力 三氟化氮為極性分子 分子間作用力有偶極-偶極力、分散力 正己烷和苯均為非極性分子 分子間作用力僅有分散力 甲烷為非極性分子、二氯甲烷為極性分子 二氯甲烷分子間有偶極－偶極力 甲烷和二氯甲烷分子間有偶極－誘發偶極力 所以分子間則都有分散力 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 分子間的作用力包含偶極-偶極力、偶極-誘發偶極力、分散力及氫鍵 前三者統稱為凡得瓦力 偶極-偶極力發生在極性分子間 偶極-誘發偶極力發生在極性與非極性分子之間 分散力發生在所有分子之間 在知名電影中男主角帶著壁虎手套攀爬世界第一高樓的驚險場面 當中的原理是科學家發現到壁虎黏的牢又動得快的秘密後 所製作出的仿生材料 想想看壁虎為什麼能在天花板上倒置行走自如 難道牠的腳趾有什麼黏附物嗎？ 或是有其他原因呢？