化 学 (物質の構造)

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 【水素結合の影響】

 ハロゲン元素,窒素,酸素などの電気陰性度の大きい元素と水素で構成される化合物の一部には,液体の沸点や固体の結晶性などで特異性を示すものがある。
 この現象は,液体状態固体状態など分子間の距離が近い状態で,分子内の電荷の偏りを原因として水素を介して分子間に静電的引力が働き,分子の配列にファンデルワールス力による凝集時とは異なる規則性が生じたためと考えられている
 この分子間に水素を介して働く力を水素結合( hydrogen bond )という。
 なお,水素結合と称してはいるが,イオン結合や共有結合に比較してはるかに弱い力で,分子間相互作用の範疇に入る。
 
 【双極子とは】では,分子内の電荷の偏り(双極子は,原子間の電気陰性度の違いから,共有電子対の分布が一方の原子に偏ることで起きる。また,静電的な引力がファンデルワールス力の要因の一つであることを紹介した。
 
 下図には,周期表第 14 族から第 17 族までの元素の水素化物の分子量に対する融点(℃),及び沸点(℃)の関係を示した。
 分子の集合した液体や固体の状態は,分子間の相互作用の大きさを反映する。すなわち,分子間のファンデルワールス力の強さと分子の詰まり方に依存すると考えられる。
 図に示すように,周期表第 3 周期から第 5 周期までは,同族元素の水素化物(類似の分子構造)は,分子量(電子,原子核の数)の増加とともに,融点,沸点とも増加している。
 すなわち,分子構造が類似の場合は,電子の数,原子核の数が多いほど電子雲が歪み強くなるファンデルワールス力と融点及び沸点の増加に正の相関が認められる。
 一方,第2周期の元素の水素化物は,第 14 族の炭素を除き,分子量が小さいにもかかわらず,同族元素の第 3 周期より融点,沸点とも異常に高くなっている。このことは,これらの分子にファンデルワールス力以外の強い分子間力(水素結合)が働いていることを示す。

周期表 14 族から 17 族の水素化物の分子量と融点・沸点

水素化物(周期表 14~17族)の分子量と融点・沸点

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