分子間作用力：沸點、蒸氣壓同溶解度

分子之間嘅吸引力，而唔係分子內部嘅鍵

共價鍵將分子內嘅原子結合在一起。分子間作用力（IMF）係獨立分子之間弱得多嘅吸引力，當液體沸騰或固體熔化時，就必須克服呢啲力。水沸騰時，形成嘅氣體仍然由 H₂O 分子組成；冇 O–H 鍵斷裂。只有相鄰分子之間嘅吸引力被破壞。

由於呢啲力支配分子彼此黏附得幾緊，佢哋共同控制一系列物理性質。較強嘅分子間作用力通常意味住較高嘅沸點、較高嘅汽化焓、喺指定溫度下較低嘅蒸氣壓，以及往往較高嘅黏度同表面張力。如果你可以為分子間作用力排序，通常就可以同時為所有呢啲性質排序。

存在於每種物質中嘅倫敦色散力

色散力源於電子分佈嘅波動。喺任何瞬間，分子中嘅電子可能略為不均勻，產生一個暫時偶極矩，並喺相鄰分子中誘導出匹配嘅偶極矩。兩者短暫地相互吸引，而且呢個模式喺整個液體中不斷重複。每個原子同分子都經歷色散力，無論有冇極性。

色散力嘅強度取決於極化性，即電子雲幾容易被扭曲。電子較多嘅較大分子極化性更高，所以喺一個類似化合物嘅家族中，色散力通常隨摩爾質量增加。形狀亦都重要：細長伸展嘅分子比相同化學式、緊湊而有支鏈嘅分子，同相鄰分子有更多接觸表面，所以彼此吸引更強。

唔好低估色散力。喺大分子中，佢往往係總吸引力中最大嘅貢獻，即使分子本身亦有極性。

偶極–偶極吸引力同氫鍵

極性分子有永久偶極矩，所以喺液體中，佢哋傾向於令一個分子嘅部分正電端靠近另一個分子嘅部分負電端。呢種偶極–偶極吸引力加埋一直存在嘅色散力。要判斷分子有冇極性，需要同時考慮鍵極性同佢嘅形狀。

氫鍵係一種特別強嘅偶極–偶極吸引力。佢需要一個以共價鍵連接到氮、氧或氟嘅氫原子（供體），以及附近 N、O 或 F 原子上嘅一對孤對電子（受體）。極性好強嘅 N–H、O–H 或 F–H 鍵令細小嘅氫原子帶有較大嘅部分正電荷，可以非常接近受體嘅孤對電子。

一個分子可以係受體而唔係供體。丙酮 (CH₃)₂CO 嘅氧上有一對孤對電子，但佢所有嘅氫都連接到碳，所以丙酮分子之間唔能夠形成氫鍵。不過，佢哋可以接受水嘅氫鍵，呢點係丙酮可以同水以任何比例混合嘅原因之一。

離子–偶極作用力同離子固體嘅溶解

當離子固體溶解於水時，每個離子都被朝向佢排列嘅水分子包圍：帶部分負電嘅氧端面向陽離子，帶部分正電嘅氫端面向陰離子。呢種離子–偶極吸引力釋出足夠嘅能量，抵銷將離子從晶體中分離所需嘅大部分能量。電荷較高、尺寸較細嘅離子，吸引力更強。

離子–偶極作用力解釋咗點解溴化鉀易溶於水，卻幾乎唔溶於己烷，因為己烷冇偶極矩可以吸引離子。「相似相溶」呢條通則概括咗呢一點：物質最易溶解於分子間作用力同自身相似嘅溶劑中。碘係非極性分子，喺己烷中溶解良好，因為溶質同溶劑之間嘅色散力，同每種純物質內部嘅色散力相當。

實例：三種摩爾質量幾乎相同嘅液體

按沸點為丁烷（CH₃CH₂CH₂CH₃）、丙酮（(CH₃)₂CO）同 1-丙醇（CH₃CH₂CH₂OH）排序。首先比較摩爾質量，使用修約至兩個小數位嘅 IUPAC 標準原子量（H 1.01、C 12.01、O 16.00 g/mol）。丁烷 C₄H₁₀：4(12.01) + 10(1.01) = 58.14 g/mol。丙酮 C₃H₆O：3(12.01) + 6(1.01) + 16.00 = 58.09 g/mol。1-丙醇 C₃H₈O：3(12.01) + 8(1.01) + 16.00 = 60.11 g/mol。質量相差少過 4%，所以色散力應該大致相似，差異將來自極性。

跟住將作用力分類。丁烷只含 C–C 同 C–H 鍵，基本上無極性，所以只有色散力。丙酮有一個極性 C=O 鍵，排列成平面三角形，唔會抵銷，所以佢多咗偶極–偶極作用力，但係冇 O–H 鍵，無法提供氫鍵。1-丙醇有 O–H 基團，所以多咗氫鍵。預測結果係丁烷 < 丙酮 < 1-丙醇。

NIST Chemistry WebBook 列出正常沸點：丁烷約 273 K（0 °C），丙酮 329.3 K（56.2 °C），1-丙醇 370.3 K（97.2 °C），以 T(°C) = T(K) − 273.15 換算。次序同預測吻合。同樣嘅推理令室溫下嘅蒸氣壓按相反次序排列：丁烷喺 25 °C 係氣體，丙酮蒸發得快，而 1-丙醇蒸發得較慢。

實例：當分子大小壓過偶極矩

而家比較乙醚（(C₂H₅)₂O）、1-丁醇（CH₃CH₂CH₂CH₂OH）同己烷（C₆H₁₄）。乙醚同 1-丁醇係同分異構體，兩者都係 C₄H₁₀O：4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol。己烷較重：6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol。乙醚有極性但冇 O–H 鍵，1-丁醇可以形成氫鍵，而己烷無極性。

喺兩個同分異構體之間，由氫鍵決定：1-丁醇嘅沸點應該遠高於乙醚。己烷係有啟發性嘅個案。單憑極性嘅論點會將佢排最後，但己烷更大、電子更多，而且係伸展嘅長鏈，所以佢嘅色散力大過乙醚嘅色散力加上其微弱偶極–偶極吸引力。

NIST 數值證實咗呢點：乙醚 307.7 K（34.6 °C），己烷 341.9 K（68.8 °C），1-丁醇 390.6 K（約 117 °C）。啟示係，極性比較最穩妥嘅情況係喺大小相近嘅分子之間。當大小相差好大時，應先考慮色散力，然後再問偶極矩或者氫鍵是否強到足以推翻佢。溶解度亦跟隨作用力：己烷基本上不溶於水，而可以同水形成氫鍵嘅 1-丁醇就部分溶解。

比較分子間作用力時要避免嘅錯誤

排序之前，列出每種物質擁有嘅所有作用力，而唔係只列最強嗰種，並且記低摩爾質量。咁可以避免最常見嘅錯誤，即係只比較「極性」同「非極性」等標籤，卻忽略大小。

以下錯誤喺沸點同溶解度嘅解釋中反覆出現。

• 話沸騰會破壞共價鍵。沸騰分開嘅係分子；分子本身保持完整。
• 對任何含有氫嘅分子都聲稱有氫鍵。氫必須連接到 N、O 或 F。
• 將非極性物質視為冇分子間作用力。所有物質都有色散力。
• 單憑極性為大小相差好大嘅分子排序，正如己烷嘅例子所示。
• 調轉蒸氣壓趨勢。較強嘅分子間作用力意味住較低蒸氣壓同較高沸點。
• 將「相似相溶」視為定律而非經驗法則。溶解度亦取決於熵同溫度。