分子には極性と呼ばれるものがあると聞いたことがあるでしょう。たとえば、水は極性分子ですが、二酸化炭素は非極性分子です。二酸化硫黄はどうですか、それは極性ですか、それとも無極性ですか?二酸化硫黄は極性分子と見なされます。
貧弱な分子であるということは、正確には何を意味するのでしょうか?さらに、二酸化硫黄にはどのような特性があり、極性分子になっていますか?それを見つけるために、極性の定義を調べて、二酸化硫黄の分子が持つ属性を見てみましょう.
極性とは
極について考えるとき、最初に思いつくのは地球の南極と北極かもしれません。これらは、地球の上部と下部の領域です。地球と同じように、分子は極性領域を持つことができますが、これらの極性領域は本質的に正と負です。それらは、負の電荷または正の電荷を持つ分子の末端であり、バッテリーに負の末端と正の末端があるのと同じように.
分子は原子から作られているため、これらの原子は結合して、全体的に正電荷または全体的に負電荷を持つセクションを作成します。原子が正電荷と負電荷の異なる領域を持っている場合、分子内に負の領域と正の領域の両方がある場合、分子は極性です。分子に電荷が異なる領域がない場合、その分子は非極性であると見なされます。
極性分子と非極性分子の例
極性分子の例として、水を見てみましょう。水は最も有名な極性分子の 1 つであり、その構造は分子に極性を持たせる役割を果たします。水分子は、わずかにマイナスの電荷を持つ 1 つの酸素原子と、わずかにプラスの電荷を持つ 2 つの水素原子で構成されています。これは、水が極性分子であることを意味します。
非極性分子の例として、C2H6 の化学式であるエタンを考えてみましょう。エタンが非極性分子である理由の 1 つは、分子が対称構造を持っていることです。分子の対称構造は、分子が電気陰性度の均一な分布を維持するのに役立ちますが、分子が無極性になることを必ずしも保証するものではありません.ただし、エタンの場合、炭素原子と水素原子の間に存在する電気陰性度の量にはほとんど差がなく、2 つの炭素原子間に見られる電気陰性度にもほとんど差がありません。
ほとんどのアルカリ元素は C2H6 と同様の構造を持っているため、一般的にアルカリ元素は無極性であると言われています。化学には、「似たものは似たように溶ける」と要約されることが多い概念があります。これは、分子が類似の物質内にある場合、分子の溶解度が高くなることを意味します。極性物質は他の極性分子と結合するとより容易に溶解し、非極性物質は他の非極性物質と結合するとより容易に溶解します.
分子の領域が極性または非極性になる仕組み
分子内の電子は常に引き寄せられています。つまり、分子内の電子は常に位置をシフトしており、分子の極性は一連の電子のシフトによって影響を受けます。電子が一方向または他の方向に移動すると、分子はその電子の領域で正または負の電荷を獲得します。電子がどのように移動するかに影響を与えるのは、分子間に存在する結合です。これらの化学結合には電子も含まれており、極性を持つこともあります.
化学結合を構成する原子が異なる場合、2 つの原子間の結合は本質的に極性になります。これは、2つの異なる原子が結合を作ると、それぞれの原子核が持つ電子捕獲能力が異なり、結合内の電子の位置がずれるためです。ただし、結合を構成する同じタイプの原子が 2 つある場合、結合内の電子は位置をシフトします。これは、各原子が持つ引力の量が等しく、各原子が所有する電子がその場所にとどまるためです。
電子を自分自身に引き寄せる能力が高い原子は、その周りの電子数が増加し、全体的にわずかに負の電荷を持ち、最終的に正の結合領域と結合の一部になります。負であるため、結合は本質的に極性になります。これは、結合の一方の端または他方の端に収束する極性結合の一部である電子として想像することもできます。いずれにせよ、わずかにプラスの電荷を持つ結合の一部と、わずかにマイナスの電荷を持つ結合の一部が存在します。
原子の構造が極性に与える影響
負の原子の数が多いほど、分子が極性を持つ可能性が高くなると結論付けたくなりますが、常にそうであるとは限りません。非極性で負の結合が多い分子の例として、二酸化炭素を見てください。二酸化炭素には 1 つの炭素分子と 2 つの酸素分子があり、分子を作成する結合は次のように表すことができます。
O =C =O
結合の総数とそれらの正または負の性質だけでなく、分子の構造も考慮に入れる必要があります。二酸化炭素の場合、分子は本質的に対称的であり、線形構造を持っています。両方の酸素原子が中央の炭素原子に同じ量の引っ張り力を及ぼしているため、一方の酸素原子の引っ張り力が他方によって無効になり、原子内の電子がまったく動かない状況が生じます。したがって、分子は非極性分子としてバランスを維持します。
なぜ SO2 は極性なのですか?
二酸化硫黄は火山活動によって自然に放出され、化石燃料の燃焼によって大気中にも存在します。二酸化硫黄には刺激臭があり、火をつけたばかりのマッチのにおいに例えられることがよくあります。二酸化炭素の例と同様に、二酸化硫黄分子の原子の種類を考慮するだけでなく、分子の構造も考慮する必要があります。
まず第一に、酸素は硫黄よりも電気陰性度が大きいため、酸素-硫黄結合はわずかに極性であることを知っておくことが重要です。これは、酸素が二酸化硫黄の共有結合をより強く引っ張っていることを意味します。ただし、前述のように、分子の構造によっても違いが生じます。
H2O と同じように、硫黄は分子の中央にあり、曲がった結合が硫黄を酸素に接続しています。これは、分子の片側 (上部または下部) に両方の酸素原子があることを意味します。これにより、硫黄原子を持つ分子の部分がわずかに正の電荷を持ちながら、わずかに負の電荷が与えられます。この結果、SO2 は極性です。
したがって、本質的に、二酸化硫黄は極性がありますが、二酸化炭素は非極性です。これは、二酸化炭素の結合の個々の動きが互いに打ち消し合うためです。極 – マイナス面とプラス面の両方があること – したがって、分子は極性です.
分子の極性を決定する際に考慮すべき重要なポイント
分子の極性を決定しようとする場合、3 段階のプロセスを使用して分析できます。最初のステップでは分子のルイス構造を描き、2 番目のステップでは分子の形状を決定します。最後のステップでは分子の結合極性を決定し、結合極性を合計します。
ルイス構造を描くということは、分子の価電子と結合の数を示す図を介して分子の表現を描くことを意味します。これが完了した後、分子の幾何学は、原子価殻電子対反発理論 (VSEPR 理論) を使用して決定できます。これは、分子が電子間の距離を最大化する幾何学的形成を採用すると述べています。
最後に、結合の強さを決定し、結合の極性を合計する必要があります。たとえば、二酸化炭素では、炭素-酸素結合は電気陰性度がより高い酸素に向かって分極しており、両方の結合の大きさが同じであるため、それらの合計はゼロであり、分子は非極性として分類されます。
二酸化硫黄の場合、分子は角度を付けられており、電気陰性度に違いがあり、硫黄の引力は酸素の引力よりも小さくなっています。したがって、永久双極子モーメントがあります。双極子モーメントは、負電荷と正電荷の不均一な分布の結果です。
