分子間力とは、分子間に存在する引力です。 これらは、物質の融点、沸点、溶解度 (混和性) など、いくつかのバルク特性を決定します。 たとえば、水 ((H2O、沸点 100 °C) のような高沸点の液体は、ヘキサン (C6H14、沸点 68.73 °C) のような低沸点の液体と比較して、より強い分子間力を示します。 3 種類の分子間相互作用には、i) イオン双極子力、ii) 双極子間相互作用、および iii) ロンドン分散力を含むファンデルワールス力が含まれます。
イオン双極子力は、イオンと双極子間の静電引力です。 これらは溶液中で一般的であり、KCl のようなイオン性化合物が水に溶解する際に重要な役割を果たします。 イオンと双極子の相互作用の強さは、i) イオンの電荷、および ii) 極性分子の双極子の大きさに正比例します。
極性分子は、分子の一方の端に部分的に正の電荷を持ち、もう一方の端に部分的に負の電荷を持っています。これは双極子と呼ばれる電荷の分離です。 2 つの永久双極子間の引力は、双極子間引力と呼ばれます。これは、1 つの極性分子の部分的に正の端と別の極性分子の部分的に負の電荷を持つ端との間の静電力です。 水素結合は、O、N、F などの電気陰性度の高い原子に結合した水素をもつ分子間の双極子間相互作用の一種です。結果として生じる 1 つの分子上の部分的に正に帯電した H 原子 (水素結合供与体) は、強く相互作用する可能性があります。 隣接する分子上の部分的に負に帯電した O、N、または F 原子の孤立電子対 (水素結合アクセプター) を持ちます。 水素結合により沸点が大幅に上昇します。
すべての力の中で最も弱いのはファンデルワールス力で、原子と分子の間の分子間距離に依存します。 ファンデルワールス力の一部であるロンドン分散力は、電子分布の一時的で自発的な変化による、帯電していない原子/分子間の相互作用の結果として発生します。 これらの力の強さは、表面積の増加により分子量が増加するにつれて増加すると思われます。 その結果、分子量の高い化合物は一般に高温で沸騰します。 注目すべき点は、分岐炭化水素 (ネオペンタン) は通常、それぞれの直鎖 (n-ペンタン) 異性体よりも表面積が小さいため、沸点が低いことです。
任意の割合で均一に混合できる液体は混和性があると言われます。 混和性の液体は同様の極性を持っています。 たとえば、メタノールと水は両方とも極性があり、水素結合が可能です。 混合すると、メタノールと水は、メタノール-メタノール相互作用、および水-水相互作用に匹敵する強度の分子間水素結合を介して相互作用します。 したがって、それらは混和性があります。 同様に、ヘキサンや臭素などの無極性液体は、分散力によって互いに混和します。 「似たものは似たものに溶ける」という化学公理は、化合物の混和性を予測するのに役立ちます。 かなりの程度まで混合しない 2 つの液体は非混和性と呼ばれます。 たとえば、非極性ヘキサンは極性の水と混和しません。 ヘキサンと水の間の比較的弱い引力は、水分子間のより強い水素結合力を十分に克服しません。
このテキストは、Openstax、Chemistry 2e、セクション 10.1: 分子間力、セクション 11.3: 溶解度、および第 10 章: 液体と固体から改変されたものです。
章から 1:
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