許(xu)多人都有這樣(yang)的經驗，在常(chang)溫狀態下，無論是(shi)你將油(you)倒(dao)(dao)入水(shui)里，還是(shi)把水(shui)倒(dao)(dao)進油(you)中(zhong)，它們并不會互相融合成(cheng)為某種稀釋的溶液，而(er)是(shi)很快(kuai)地(di)分(fen)開，形(xing)成(cheng)一個明顯的界面。這究竟是(shi)為什(shen)么(me)呢？

有人說，這(zhe)是因為油比水(shui)輕呀！所以油就浮(fu)在水(shui)的(de)(de)(de)上面。這(zhe)顯然站不(bu)(bu)住(zhu)腳，因為酒(jiu)精也比水(shui)輕，但它能與(yu)(yu)水(shui)完全(quan)溶合(he)；同時盡管絕大多數(shu)的(de)(de)(de)油密度(du)低于水(shui)，但這(zhe)卻不(bu)(bu)是二者互不(bu)(bu)相(xiang)溶的(de)(de)(de)真正(zheng)原(yuan)因。從科學的(de)(de)(de)角度(du)來看，兩種液體(ti)是否相(xiang)溶與(yu)(yu)它們(men)(men)的(de)(de)(de)比重無關(guan)，而與(yu)(yu)它們(men)(men)的(de)(de)(de)分子極(ji)性密切相(xiang)關(guan)。

利用(yong)水油分層制(zhi)成的(de)(de)液(ye)體“沙漏(lou)”，有顏色(se)的(de)(de)是水

分子之間的力

液體分子(zi)之間通(tong)常存在兩種相(xiang)互作用力：范德(de)華力和氫(qing)鍵(jian)，這兩種力使分子(zi)之間相(xiang)互吸(xi)引又保持一定的(de)距(ju)離，它們是(shi)由(you)分子(zi)的(de)化學電性質決定的(de)。

我們知道(dao)分子(zi)(zi)內部各原(yuan)子(zi)(zi)之間(jian)通(tong)常以共(gong)價鍵或(huo)離子(zi)(zi)鍵相(xiang)結合，這是(shi)由原(yuan)子(zi)(zi)之間(jian)電子(zi)(zi)的共(gong)享與交(jiao)換(huan)引起(qi)的力，這種(zhong)電磁(ci)力通(tong)常比較(jiao)強、作用距離也很(hen)短，你(ni)要是(shi)想把一個(ge)分子(zi)(zi)拆開來需要消耗比較(jiao)大的能(neng)量。

分子(zi)與分子(zi)之間(jian)的范(fan)德(de)華(hua)力(li)是弱化(hua)學力(li)中最弱的一種，其強度在0.4~4kJ/mol之間(jian)。當兩個原(yuan)子(zi)間(jian)距(ju)離大于0.6nm時(shi)，我(wo)們不足以觀察(cha)到范(fan)德(de)華(hua)力(li)；同樣，當原(yuan)子(zi)間(jian)距(ju)離小于0.4nm時(shi)，力(li)就會排斥。

壁(bi)虎是依靠范(fan)德華力在(zai)墻壁(bi)上爬行(xing)的

水由(you)氫(qing)和氧原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)組成。當氫(qing)（H）原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)(yu)氧（O）、氮（N）或(huo)氟（F）結合(he)時，氫(qing)唯一(yi)(yi)(yi)(yi)的一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)會(hui)與(yu)(yu)它(ta)們形成共價鍵，這(zhe)時候(hou)氫(qing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)由(you)于(yu)被O、N或(huo)F吸引而稍稍“跑偏(pian)”，導致氫(qing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)(yi)端呈(cheng)現(xian)更多的正電(dian)(dian)性(xing)（氫(qing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)核帶(dai)正電(dian)(dian)）；與(yu)(yu)之(zhi)相對應(ying)地，分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的另一(yi)(yi)(yi)(yi)端會(hui)因為(wei)吸引電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)的能力更強而顯(xian)示(shi)出(chu)負電(dian)(dian)。分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)對外(wai)顯(xian)示(shi)出(chu)比較(jiao)強的電(dian)(dian)極性(xing)，分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)(yu)分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)之(zhi)間會(hui)因為(wei)電(dian)(dian)極性(xing)的不同而相互吸引。

水(shui)分子間通(tong)過強大的氫(qing)鍵連(lian)接

氫(qing)鍵(jian)的(de)極性很強，當(dang)分子之間通過氫(qing)鍵(jian)相互吸引時，它的(de)能量通常比范德(de)華力(li)要大許多倍。這正是水相比于其(qi)它液體擁有多種獨特性質的(de)原因。

氫(qing)鍵是水表面張力(li)的重要原因

分子的極性

每一種原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)的(de)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)核吸引電(dian)子(zi)(zi)的(de)能力(li)(li)都不相同，當這(zhe)些原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)通(tong)過共(gong)價鍵相互結合成分(fen)子(zi)(zi)時，電(dian)子(zi)(zi)的(de)運動(dong)軌跡會更(geng)偏(pian)向(xiang)于那些吸引力(li)(li)更(geng)強的(de)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)，這(zhe)就造成了分(fen)子(zi)(zi)擁有一定的(de)極(ji)性(xing)。分(fen)子(zi)(zi)的(de)極(ji)性(xing)是分(fen)子(zi)(zi)間(jian)相互作(zuo)用力(li)(li)的(de)重(zhong)要因素之一。

元(yuan)素的(de)電(dian)負性(xing)用來確(que)定共價鍵的(de)極性(xing)

上圖是元(yuan)素(su)周期(qi)表中部分(fen)元(yuan)素(su)電(dian)(dian)負性(xing)的(de)標(biao)量，電(dian)(dian)負性(xing)是一個無(wu)單位數(shu)，數(shu)字越高，原子吸(xi)引(yin)電(dian)(dian)子的(de)能力越強(qiang)。我們(men)可以通過確定參(can)與共(gong)(gong)價鍵(jian)的(de)兩(liang)個原子的(de)電(dian)(dian)負性(xing)的(de)差異來判斷(duan)共(gong)(gong)價鍵(jian)的(de)極性(xing)：

當分子(zi)中兩(liang)個原子(zi)電(dian)負性的差異為(wei)0時(shi)，原子(zi)之間為(wei)非極性共(gong)價；

氯分子的非極性(xing)共價(jia)

 當(dang)電負(fu)性(xing)差異的值為0~0.4之間(jian)，共價(jia)是弱(ruo)極(ji)(ji)性(xing)的，分子對(dui)外(wai)依然顯示非極(ji)(ji)性(xing)的特征；

當電負性(xing)差(cha)異的(de)值為(wei)0.5~2.0之間(jian)，原子間(jian)為(wei)絕對極性(xing)共價(jia)；

氟化(hua)氫(qing)分子有(you)很強的極性

而當這個值>2.0時，原子之間就是離子鍵合(he)而非(fei)共價鍵了。食(shi)鹽（NaCl）就是離子鍵，因為Na的電負(fu)性為0.9，而Cl的電負(fu)性是3.0，二者的差值3.0-0.9=2.1>2.0，因此食(shi)鹽很容易溶于水。

當兩個(ge)(ge)原子(zi)間由極(ji)性共價關系相(xiang)(xiang)結合時，分子(zi)的(de)一端會稍稍顯示出正電荷(he)，而另一端相(xiang)(xiang)應帶負電荷(he)，這種分子(zi)有兩個(ge)(ge)相(xiang)(xiang)反的(de)電“極(ji)”，因此我(wo)們稱之為偶極(ji)子(zi)。

液體偶極子之間力的平衡關(guan)系(xi)

如果分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)是(shi)由兩個以上原子(zi)(zi)組成，在確定分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)是(shi)極(ji)性(xing)還是(shi)非極(ji)性(xing)時，還必須考(kao)慮分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)幾何形狀。下圖(tu)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)了二氧(yang)化(hua)碳分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)與水(shui)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)之間(jian)的(de)(de)比較(jiao)，二氧(yang)化(hua)碳是(shi)線性(xing)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)，偶極(ji)子(zi)(zi)因強度(du)相同方向相反(fan)而互相抵消(xiao)，對(dui)外顯(xian)(xian)示(shi)(shi)整體(ti)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)極(ji)性(xing)為零(ling)；水(shui)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)兩個極(ji)性(xing)鍵有夾角，因此整體(ti)對(dui)外顯(xian)(xian)示(shi)(shi)出極(ji)性(xing)。

二氧(yang)化碳與(yu)水分子的(de)極性(xing)

非極性分子間的(de)力(li)

非(fei)極性分(fen)子之間沒有強大的(de)氫鍵(jian)結合，那么它(ta)們是(shi)如(ru)何相互影響的(de)呢？

前節介紹(shao)了氯氣(qi)分(fen)子(zi)(zi)和(he)二氧(yang)化(hua)碳分(fen)子(zi)(zi)，它們都是(shi)非(fei)極(ji)性(xing)的(de)。對于(yu)由更多原子(zi)(zi)組成的(de)一些分(fen)子(zi)(zi)，由于(yu)組合幾何結構的(de)關系，它們也(ye)往(wang)往(wang)對外顯(xian)示(shi)出極(ji)性(xing)或(huo)非(fei)極(ji)性(xing)。比(bi)如三角(jiao)形平面排列的(de)三氟化(hua)硼和(he)四面體排列的(de)甲烷，它們都是(shi)非(fei)極(ji)性(xing)分(fen)子(zi)(zi)，因此不會(hui)產(chan)生整體偶極(ji)子(zi)(zi)。

對稱(cheng)排列不會(hui)產(chan)生整體偶極(ji)子

非極(ji)(ji)性(xing)(xing)分(fen)(fen)子(zi)是通過倫(lun)敦(dun)分(fen)(fen)散力(li)進行結合的(de)(de)(de)。倫(lun)敦(dun)分(fen)(fen)散力(li)簡稱“倫(lun)敦(dun)力(li)”，它是指非極(ji)(ji)性(xing)(xing)分(fen)(fen)子(zi)內部由于電子(zi)移動產生的(de)(de)(de)瞬時偶極(ji)(ji)誘導的(de)(de)(de)偶極(ji)(ji)力(li)。倫(lun)敦(dun)力(li)是范德(de)華力(li)的(de)(de)(de)一部分(fen)(fen)，因此它并不與范德(de)華力(li)相(xiang)矛盾。

非(fei)極(ji)性分(fen)(fen)子(zi)(zi)盡管(guan)整體上對外不顯示極(ji)性，但它(ta)內部電(dian)子(zi)(zi)在(zai)運動的(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)會因為移動位置(zhi)的(de)(de)(de)原因產(chan)生某些瞬(shun)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)不平衡，這種內部電(dian)荷(he)的(de)(de)(de)不平衡狀態反應(ying)(ying)到(dao)整個分(fen)(fen)子(zi)(zi)上，就使(shi)得分(fen)(fen)子(zi)(zi)在(zai)某些瞬(shun)間(jian)(jian)產(chan)生整體的(de)(de)(de)偶極(ji)性。當一個分(fen)(fen)子(zi)(zi)出(chu)現瞬(shun)間(jian)(jian)極(ji)性時，它(ta)會感(gan)應(ying)(ying)附近的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)(zi)，使(shi)之電(dian)荷(he)相(xiang)(xiang)反，從而實現互相(xiang)(xiang)吸引。由(you)于倫(lun)敦(dun)力的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)互吸引作(zuo)用很弱，導致非(fei)極(ji)性分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)間(jian)(jian)距較(jiao)大，油(you)大多由(you)非(fei)極(ji)性分(fen)(fen)子(zi)(zi)組成，因此油(you)的(de)(de)(de)密度普(pu)遍(bian)比水低，它(ta)會浮在(zai)水的(de)(de)(de)上方(fang)。

非極(ji)性(xing)分子感應(ying)偶極(ji)子產生倫敦力

水油不混溶的原因

通過前面(mian)的介紹(shao)，我們了解了：

水分(fen)子(zi)(zi)由于氫氧共價鍵是(shi)偶(ou)極子(zi)(zi)，同時兩個氫氧鍵之間存在夾角(jiao)，所以水分(fen)子(zi)(zi)是(shi)偶(ou)極子(zi)(zi)。

乙醇含有一個羥(qian)基（OH）因此它溶于水

水分子(zi)通過氫鍵互相(xiang)(xiang)連接形(xing)(xing)成(cheng)大(da)的(de)(de)水分子(zi)團(tuan)，氫鍵比范德華力(li)(li)更強大(da)，所以水分子(zi)會首先與相(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)極(ji)性分子(zi)相(xiang)(xiang)互吸(xi)引并結合(he)，從而形(xing)(xing)成(cheng)表面張力(li)(li)。水可(ke)以接納其它(ta)(ta)同(tong)樣極(ji)性分子(zi)基團(tuan)（例(li)如OH、NH基團(tuan)），但對非極(ji)性基團(tuan)具有排斥性，它(ta)(ta)會拒絕其它(ta)(ta)分子(zi)特別是非極(ji)性分子(zi)加入(ru)，因此水顯示出對非極(ji)性物質(zhi)（例(li)如油）的(de)(de)排斥力(li)(li)。

將染色(se)的(de)油倒入水中，它(ta)們會很快分離

油大多含有CH鍵，CH鍵極(ji)性很弱(ruo)(ruo)（<0.4），因此(ci)它是疏(shu)水(shui)(shui)性的(de)。水(shui)(shui)分子會(hui)首先與(yu)附近其它親水(shui)(shui)基團相(xiang)結合形成氫鍵或(huo)離(li)子鍵，而在水(shui)(shui)分子與(yu)油的(de)分子之(zhi)間僅(jin)(jin)存在微弱(ruo)(ruo)的(de)感應電荷和(he)范德華力，加之(zhi)二者的(de)密(mi)度不同，水(shui)(shui)與(yu)油不僅(jin)(jin)不會(hui)相(xiang)互溶合，還會(hui)出現(xian)(xian)分層現(xian)(xian)象，我們(men)可以很容易(yi)將其分離(li)開來(lai)。

分(fen)液漏斗是(shi)實驗室中常見的油水分(fen)離裝置