分子間力は、隣接する分子間で作用する相互作用力です。強いイオン-双極子相互作用、双極子-双極子相互作用、ロンドン分散相互作用、誘導双極子結合など、いくつかのタイプの分子間力があります。これらの分子間力のうち、ロンドン分散力と双極子間力は、ファン デル ワールス力のカテゴリに分類されます。
この記事では、
1.双極子間相互作用とは
2.ロンドン分散相互作用とは
3.ファン デル ワールス力は分子をどのように保持するのか
双極子間相互作用とは
電気陰性度の異なる 2 つの原子が電子対を共有している場合、電気陰性度の高い原子が電子対を自分自身に引き寄せます。したがって、わずかに負 (δ-) になり、電気陰性度の低い原子にわずかに正の電荷 (δ+) を誘導します。これが起こるためには、2 つの原子間の電気陰性度の差が>0.4 でなければなりません。典型的な例を以下に示します:
図 1:双極子間相互作用の例
Cl は H より電気陰性度が高い (電気陰性度差 1.5)。したがって、電子対はより Cl に偏り、δ- になります。分子のこの δ- 末端は別の分子の δ+ 末端を引き付け、2 つの間に静電結合を形成します。この種の結合は、双極子間結合と呼ばれます。これらの結合は、分子の周りの非対称電気雲の結果です。
水素結合は特別な種類の双極子間結合です。水素結合が発生するには、水素原子に電気陰性度の高い原子が結合している必要があります。次に、共有された電子のペアは、電気陰性度の高い原子に向かって引き寄せられます。その上に孤立電子対を持つ非常に電気陰性度の原子を持つ隣接分子があるはずです。これは、水素供与体から電子を受け取る水素受容体と呼ばれます。
図 2:水素結合
上の例では、水分子の酸素原子が水素供与体として振る舞います。アンモニア分子の窒素原子は水素受容体です。水分子の酸素原子は、アンモニア分子に水素を供与し、それと双極子結合を作ります。これらのタイプの結合は水素結合と呼ばれます。
ロンドン分散相互作用とは
ロンドン分散力は、主に非極性分子に関連しています。これは、分子の形成に関与する原子の電気陰性度が類似していることを意味します。したがって、原子には電荷が形成されません。
ロンドン分散の理由は、分子内の電子のランダムな動きです。電子はいつでも分子のどの端にもあるため、その端が δ- になります。これにより、分子のもう一方の端が δ+ になります。分子内の双極子のこの出現は、別の分子にも双極子を誘発する可能性があります。
図 3:ロンドン分散力の例
上の図は、左側の分子の δ 末端が近くの分子の電子を反発し、分子のその末端にわずかな陽性を誘導することを示しています。これにより、2 つの分子の反対側に帯電した末端間に引力が生じます。これらのタイプの結合は、ロンドン分散結合と呼ばれます。これらは分子相互作用の最も弱いタイプと考えられており、一時的なものである可能性があります。非極性溶媒中の非極性分子の溶媒和は、ロンドン分散結合の存在によるものです。
ファン デル ワールス力は分子をどのように保持するのか
上記のファン デル ワールス力は、イオン力よりやや弱いと考えられています。水素結合は、他のファン デル ワールス力よりもはるかに強いと考えられています。ロンドン分散力は、ファン デル ワールス力の中で最も弱いタイプです。ロンドン分散力は、多くの場合、ハロゲンまたは希ガスに存在します。分子を一緒に保つ力が強くないため、分子は自由に浮き上がります。これにより、大きな体積を占めます。
双極子間相互作用はロンドン分散力よりも強く、液体中に存在することがよくあります。双極子相互作用によって一緒に保たれている分子を持つ物質は、極性と見なされます。極性物質は別の極性溶媒にのみ溶解できます。
次の表は、2 種類のファン デル ワールス軍を比較対照しています。
| 双極子相互作用 | ロンドン分散部隊 |
| 電気陰性度の差が広い (0.4) 原子を持つ分子間で形成される | ランダムに移動する電子の非対称分布によって分子内に双極子が誘起されます。 |
| 比較的強いエネルギーとエネルギー | 比較的弱く、一時的なものかもしれません |
| 極性物質に存在 | 非極性物質に存在 |
| 水、p-ニトロフェニル、エチルアルコール | ハロゲン (Cl2 , F2 )、希ガス (He、Ar) |
しかし、ファン デル ワールス力は、イオン結合や共有結合に比べて弱いです。そのため、遮断するのに多くのエネルギー供給は必要ありません。
参考:
1. 「双極子間相互作用 – 化学。 」 Socratic.org。 N.p.、n.d.ウェブ。 2017.2.16.
2. 「ファンデルワールス軍」化学LibreTexts。 Libretexts、2016 年 7 月 21 日。ウェブ。 2017 年 2 月 16 日。
画像提供:
1. 「双極子-双極子-相互作用-in-HCl-2D」Benjah-bmm27 著 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (パブリック ドメイン)
2. 「Wikipedia HDonor Acceptor」Mcpazzo 著 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (パブリック ドメイン)
