分子間力と物性

分子間に存在する静電相互作用は、分子間力と呼ばれます。これらの引力は、融点、沸点、溶解度など、さまざまな物理的特性に影響を与えます。

分子間力の3つの主要なタイプには、イオンと極性分子間の強いイオン-双極子相互作用、極性分子間の双極子-双極子相互作用、そして最後に、極性および非極性のすべての分子に存在する最も弱い分散力が含まれます。

イオン-双極子相互作用は、溶液に共通しています。塩化ナトリウムのようなイオン性化合物を水のような極性溶媒に溶解すると、イオンは水分子の反対に帯電した端に整列し、最大の静電引力が可能になります。

あるいは、双極子-双極子相互作用は、永久双極子を持つ極性分子によって示され、1つの分子の正の末端が隣接する分子の負の末端と静電的に相互作用します。

酸素、窒素、またはフッ素のいずれかに結合した水素原子が隣接する分子の電気陰性原子に引き付けられると、水素結合(特殊なタイプの双極子-双極子相互作用)が形成されます。特に、水素結合が可能な化合物は、高い融点と沸点を示します。

分散力は一時的な双極子の結果であり、分子量とともに増加する傾向があります。質量が大きい原子は、より多くの電子とより大きな電子雲を持ち、分散力が増加します。その結果、隣接する原子間の引力を克服するためにより多くのエネルギーが必要となり、沸点と融点が高くなります。

これは、アルカンの沸点がモル質量とともに増加する理由を説明しています。

ただし、分子量だけが基準ではありません。同じ質量を持つにもかかわらず、n-ペンタンは、分散力に利用できる表面積が増加するため、ネオペンタンよりも沸点が高くなります。

分子間力も溶解度を決定する上で重要です。水やエタノールなど、分子間力が同程度の種類と大きさの液体は、すべての割合で完全に溶解するか、混和性です。

対照的に、ヘキサンと水などの液体は、分子間力の種類と大きさが異なるため、ほとんどの割合で不溶性であるか、混和しません。

全体として、分子間力は、小さな電荷または部分的な電荷が長距離にわたって相互作用するため、比較的弱いです。