水素化合物の沸点 [C3J-東大化学 日記]
こんにちは～ (*^_^*)/
暖かくなったと思ったら、ここのところ冷えますねぇ。
春期講習も半ばなのに、マフラーが手放せません。
さて、今回は分子間結合について
入試では、
分子間結合は分子間力と水素結合とに分けて考えます。
分子間力(intermolecular force)は、
・交換斥力＝かなり近距離においてのみ有効なパウリの排他原理に由来する反発力
ある程度以上近づくと電子雲の重なりが生じ、電子の交換相互作用が起こる事によって
生じる力です。距離が遠くなると急激に減少するので、入試では考えなくとも良いです。
・ファンデルワールス力，電荷移動力＝比較的遠距離に於いても有効な引力
① 電荷移動力＝電子供与体Ｄと電子受容体Ａとの間に働く引力
非結合構造Ｄ･･･Ａ と 電荷移動構造Ｄ＋･･･Ａ－ との間の共鳴による安定化に相当
大学入試では考えなくて良いです。
② ファンデルワールス力＝全ての分子間に働く分散力と有極性分子間に働く配向力と誘起力
からなる引力
に大別されます(化学辞典/森北出版)。
入試では、
分子間力≒ファンデルワールス力と考えて良いでしょう。
水素結合は、入試問題でも記述がよく出題されますね。
水素結合の説明は聖マリの解答例として記載していますので、その大問３の[６]を参照して下さい。
さて、
入試で頻出の問題の一つに
を説明させる記述問題があります。
分子間結合が強いほど、結合を切るのに多くのエネルギーが必要な為、沸点は高くなります。
14族の水素化合物は、正四面体構造なので、結合の極性モーメントはの合計はゼロ(正電荷の重心と負電荷の重心が一致するため互いに打ち消し合う)なので、完全な無極性分子です。
分子間力(ファンデルワールス力)は、分子が大きいほど強くなるため、分子量が大きいほど沸点が高くなります。
それに対して、
15,16,17族の水素化合物は、極性分子なので水素結合しており、その分だけ14族の水素化合物に比べて沸点が高くなっています。
この関係は、有機化学では、同じ分子量の炭化水素に対するアルコールやカルボン酸の沸点が高いのと同じです。
15,16,17族の水素化合物の中でも、水H2O，フッ化水素HF，アンモニアNH3は、
分子量に比べて「異常に高い沸点」です。
それは、酸素O，フッ素F，窒素Nの電気陰性度が大きいため、
他の水素化合物に比べて分子の極性がきわめて大きく、
・極性 ＝ 電気陰性度の差が大きいほど電荷の偏りが大きくなり
極性が大きくなる。
分子間に働く水素結合が著しく強くなっている
・水素結合 ＝ クーロン力(静電気力)は電荷の積に比例するので
極性が大きいほど水素結合は強くなる
からです。
記述の場合に重要なのは、
「他の水素化合物も水素結合しているが、それに比べて著しく強い水素結合をしている」
という旨を明記すべき事です。
よく
「水H2O，フッ化水素HF，アンモニアNH3は水素結合しているから沸点が高い」
という解答例を目にしますが、
前後の文脈によっては、「他の15,16,17族の水素化合物が水素結合していない(分子間力のみ)」
のようにしか読み取れないものもあり、それは明らかな間違いです。
注意して下さい。
暖かくなったと思ったら、ここのところ冷えますねぇ。
春期講習も半ばなのに、マフラーが手放せません。
さて、今回は分子間結合について
入試では、
分子間結合は分子間力と水素結合とに分けて考えます。
分子間力(intermolecular force)は、
・交換斥力＝かなり近距離においてのみ有効なパウリの排他原理に由来する反発力
ある程度以上近づくと電子雲の重なりが生じ、電子の交換相互作用が起こる事によって
生じる力です。距離が遠くなると急激に減少するので、入試では考えなくとも良いです。
・ファンデルワールス力，電荷移動力＝比較的遠距離に於いても有効な引力
① 電荷移動力＝電子供与体Ｄと電子受容体Ａとの間に働く引力
非結合構造Ｄ･･･Ａ と 電荷移動構造Ｄ＋･･･Ａ－ との間の共鳴による安定化に相当
大学入試では考えなくて良いです。
② ファンデルワールス力＝全ての分子間に働く分散力と有極性分子間に働く配向力と誘起力
からなる引力
に大別されます(化学辞典/森北出版)。
入試では、
分子間力≒ファンデルワールス力と考えて良いでしょう。
水素結合は、入試問題でも記述がよく出題されますね。
水素結合の説明は聖マリの解答例として記載していますので、その大問３の[６]を参照して下さい。
さて、
入試で頻出の問題の一つに
を説明させる記述問題があります。
分子間結合が強いほど、結合を切るのに多くのエネルギーが必要な為、沸点は高くなります。
14族の水素化合物は、正四面体構造なので、結合の極性モーメントはの合計はゼロ(正電荷の重心と負電荷の重心が一致するため互いに打ち消し合う)なので、完全な無極性分子です。
分子間力(ファンデルワールス力)は、分子が大きいほど強くなるため、分子量が大きいほど沸点が高くなります。
それに対して、
15,16,17族の水素化合物は、極性分子なので水素結合しており、その分だけ14族の水素化合物に比べて沸点が高くなっています。
この関係は、有機化学では、同じ分子量の炭化水素に対するアルコールやカルボン酸の沸点が高いのと同じです。
15,16,17族の水素化合物の中でも、水H2O，フッ化水素HF，アンモニアNH3は、
分子量に比べて「異常に高い沸点」です。
それは、酸素O，フッ素F，窒素Nの電気陰性度が大きいため、
他の水素化合物に比べて分子の極性がきわめて大きく、
・極性 ＝ 電気陰性度の差が大きいほど電荷の偏りが大きくなり
極性が大きくなる。
分子間に働く水素結合が著しく強くなっている
・水素結合 ＝ クーロン力(静電気力)は電荷の積に比例するので
極性が大きいほど水素結合は強くなる
からです。
記述の場合に重要なのは、
「他の水素化合物も水素結合しているが、それに比べて著しく強い水素結合をしている」
という旨を明記すべき事です。
よく
「水H2O，フッ化水素HF，アンモニアNH3は水素結合しているから沸点が高い」
という解答例を目にしますが、
前後の文脈によっては、「他の15,16,17族の水素化合物が水素結合していない(分子間力のみ)」
のようにしか読み取れないものもあり、それは明らかな間違いです。
注意して下さい。
ツタヤディスカス
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by ブライトリング レディース (2014-06-19 00:52)