結合長の概要
2 つの原子が共有結合を形成するとき、それらの中心間の距離は 結合 と呼ばれます 長さ。 結合順序は、電子の数に基づいて、結合の数によって決まります。 絆の長さ と結合順序は互いに反比例の関係にあります。 結合長 通常、ピコメートル単位で測定されます。結合に関与する電子の数に基づいて、結合順序は 1、2、または 3 である可能性があり、それぞれが 1、2、3 重であることを意味します。これは、2、4、または 6 個の電子が結合に関与していることを意味します。
ロンドン分散部隊
非極性分子も同様の挙動を示します。希ガスを含むすべての物質は、特定の条件下で固体と液体の状態で存在することがわかっています。これは、単純な静電引力や力に割り当てることができない、ある種の分子間相互作用があるに違いないことを示しています。
これらの相互作用は、分散力と呼ばれていました。ドイツの物理学者フリッツ・ロンドンがこれらの力を発見しました。 1930 年に、彼は、電子の分布に一時的な変動が原子と非極性分子内で発生すると、一時的な瞬時双極子モーメントが生成され、非極性物質間にロンドン分散力と呼ばれる引力が生じることを提案しました。
これは、原子の電子が通常、原子核の周りに対称的に分布していると仮定することで理解できます。原子が一時的に電子の非対称分布を発生させ、一時的な双極子を形成する場合があります。この瞬間的な双極子は、隣接する原子の電子雲を歪め、その中に双極子を形成する可能性があります。この現象により、原子間引力が発生しますが、これは弱く短命です。
これらの相互作用から固体を生成する必要がある場合、原子の動きを大幅に減らす必要があります。これにより、希ガスの凝固点が低いことが説明できます。原子質量と原子番号が増加するにつれて、電子の数が増加するため、瞬間的な双極子が生成される可能性が高くなります。つまり、多くの電子を持つ大きな原子は、小さな原子よりも高い分極率を示すと言えます。このように、ロンドン軍の重要性は原子の大きさに応じて大幅に増加します。
誘導された双極子モーメントの強度 μ は、電場の強度 E に正比例します。これは、電場の強度が高い場合、より大きな歪みとより大きな相互作用を引き起こすことを意味します:
μ=∝E
ここで、μ=誘導された双極子モーメント
∝=分極率、および
E=電場.
ロンドン分散部隊の例
ロンドン分散力は、ハロゲンのような非極性分子で見られます
F2、Cl2、Br2、I2
相互作用のエネルギー
London は、電荷を持たない 2 つの分子 (または 2 つの同一の原子) のポテンシャル エネルギーを、次の式を使用して計算できることを証明しました:
V 11 = -34∝ 2 私/r 6
上記の式は、同一でない原子または分子の場合、わずかに変更できます:
V 12 =-3/2 (私 1 私 2 /私 1 +私 2 )(∝ 1 ∝ 2 /r 6 )
ここで、I=各分子の最初のイオン化エネルギー
∝=分極率、および
r =分子間の距離または間隔、または 結合長 .
ここから、一時的な双極子による引力エネルギーが 1/r6 だけ減衰することがわかります。これは、距離 (または結合長) を 2 倍にすると、 ) 引力エネルギーが 26 分の 1 または 64 分の 1 に減少します。
したがって、分散力は分子サイズ、電子数、原子間の距離 (または 結合長) に依存すると言えます。 ) だけでなく、分子の形状.
分子サイズと電子数
大きくて重い原子や分子は、小さくて軽いものと比較して、より強い分散力を示すことができます。より大きな原子または分子では、より小さい原子と比較して、価電子は原子核から遠くにあります。
その結果、それらはあまりしっかりと保持されないため、一時的な双極子を簡単に形成できます。電子分布の歪みの起こりやすさは、分極率として知られています。したがって、ロンドン力は分極しやすい分子間では強く、分極しにくい分子間では弱くなります。
分子形状
分散力の大きさは、分子の形状によっても影響を受けます。これは、ネオペンタンと n-ペンタンの例を考えれば理解できます。
n-ペンタン分子はやや円筒形です。それらの形状は、部分的に球形のネオペンタン分子と比較して、互いに効果的に接触することを可能にします.
これが、ネオペンタンが気体であり、n-ペンタンが液体である理由です。ロンドン分散力は、ネオペンタンよりも n-ペンタンの方が強いからです。
結論
分子間力は、液体または固体で分子を一緒に保持する役割を果たします。これらの力は比較的弱く、本質的に静電気です。正味の双極子モーメントを持つ分子の場合、双極子間相互作用が見られます。
Fritz London は、非極性分子の場合の引力を説明しました。彼
は、原子または分子内の電子分布の一時的な変動が一時的な双極子の形成につながり、それが次に隣接する原子または分子に双極子を誘発する可能性があることを提案しました。これにより、ロンドン分散力が生成されます。これらの力は、分子のサイズ、形状、電子数、原子間の距離または 結合長 に依存します。
