化学における極性とは、化合物の要素における電子の不均等な引力を指し、負に帯電した末端と正に帯電した末端を持つ分子をもたらします。分子の極性は、その分子の構成要素の電気陰性度に依存します。
電気陰性度が大きく異なる元素は、電子に対して不均等な引力を及ぼすため、分子全体の電荷に正味の差が生じます。個々の結合の極性も分子の形状を決定します。これは、不均等な電子の引き寄せが分子の空間的配向に影響を与えるためです。
極性は、物質の物理的特性の数を決定する重要な概念です。物質の極性は、その表面張力、溶解度、および融点/沸点を決定します。極性分子は、水素結合および双極子間相互作用を介して特徴的な方法で相互作用します。
極性結合と極性分子
すべての元素が同じ強さで電子を引き寄せるわけではありません。電気陰性度の高い元素は、電気陰性度の低い元素をより強く引っ張ります。 2つの元素が結合すると、電気陰性度の高い元素ほど電子を引き寄せます。これにより、電子はより電気陰性度の高い元素に近づくようになります。電子の移動により、正味の電荷の差が生じ、正に帯電した末端と負に帯電した末端を持つ分子が生成されます。
厳密に言えば、化学結合の種類は、完全に極性または完全に非極性の 2 つの極値に分類されます。完全に極性のある結合は、ある元素が別の元素から電子を受け取ることを含み、より正確にはイオン結合として特徴付けられます。したがって、極性という用語は、ほとんどの場合、共有結合した化合物に使用されます。 2 つの元素の電気陰性度が同じ場合、電子は均等に引き寄せられ、結合は無極性になります。ポーリング尺度によれば、電気陰性度の差が 0.5 未満の元素は無極性結合を形成し、電気陰性度の差が 0.5 ～ 2.0 の元素は極性結合を形成します。それ以上の差はイオン結合と見なされます。
ほとんどの化合物は 2 つ以上の原子で構成されているため、複数の化学結合で構成されています。分子は、極性結合のために、または非極性結合の非対称な幾何学的配置のために、極性を持つことができます。逆に、分子が極性結合を持っていても、それらの極性結合が互いに相殺するように空間的に配向されていれば、分子は全体的に非極性である可能性があります。極性分子は、主に分子間双極子間相互作用を通じて相互作用します。極性分子の異なる電荷を帯びた末端は、他の極性分子の電荷を帯びた末端を引き付けます。共有結合やイオン結合とは異なり、双極子間相互作用は電子の共有を伴わないため、真の化学結合ではありません。これらの引力がどれだけ強いかによって、何かを溶かしたり沸騰させたりするのがどれほど難しいかが決まります。双極子間の相互作用が強ければ強いほど、これらの引力を壊すために必要な運動エネルギーが大きくなるため、その物質を溶かしたり沸騰させたりするために必要な熱が大きくなります。
分子の極性は、分子がどれだけよく溶解するか、および別の極性物質にどれだけ容易に溶解するかも決定します。極性の強い物質は、引力によって分子を「盗み」、極性の固体を極性の液体に溶解させることができます。
極性分子の例
水
極性分子の最も明白な例は水です。水は2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されています。酸素は水素よりも電気陰性度が高いため、共有電子をより強く引き寄せます。酸素原子に近い電子の集塊により、分子の酸素末端が負電荷を帯び、水素末端が正電荷を帯びます。水分子の極性は、多くの水の物理的特性に関与しています。
正に帯電した水素末端は、他の水分子の負に帯電した酸素末端に引き寄せられます。この強力な静電分子間引力は、強い双極子結合を克服するために多くの運動エネルギーを必要とするため、液体水の沸点が比較的高いことを説明しています。水素原子からの分子内引力は、水素結合と呼ばれる特別な種類の双極子間相互作用です。
極性水分子間の相互作用は、水域の表面張力の現象も説明します。水面では、水分子間の極性相互作用が、上空での極性分子よりも強力にそれらを引き寄せます。その結果、液体の表面に強く引き寄せられた水分子の「膜」ができます。特に水は表面張力が高く、昆虫や小動物を支えるのに十分な強度があります。
アンモニア
アンモニア (NH3 ) は、もう 1 つの一般的な極性分子です。アンモニアは疑似四面体の形状をしており、3 つの基本水素原子、中央の窒素原子、および 1 対の電子が 4 番目の四面体ノードを占めています。 2 つの結合していない電子が存在すると、分子の窒素末端に明確な電荷濃度が存在するため、分子の極性が高くなります。アンモニアは極性が高いため、水などの極性溶媒に容易に溶解します。
エタノール
単にアルコールと呼ばれることもあるエタノールは、化学式C2の極性溶媒です。 H5 おー。炭素-水素結合は無極性なので、エタノールの分子はほとんど無極性です。炭素原子の 1 つに結合したヒドロキシル基は、エタノールに極性を与えるものです。 C-O 結合と O-H 結合はどちらも、酸素原子の方向に極性があります。さらに、酸素原子は C-O および O-H 結合とは反対側に孤立電子対を持っています。この極性により、エタノールは多くの実験室および産業用途で使用される汎用性の高い溶媒です。また、エタノールの末端にあるヒドロキシル基により、水のように水素結合を行うことができます。
