11.4
なぜ分子量が増加する分子は沸点が上昇する傾向を示すのですか?この違いは、それらの分子間力に起因する可能性があります。
すべての物質には、最も弱い分子間力である分散力があります。分散力の強さは、原子がどれだけ簡単に分極できるかによって異なります。
質量が大きい原子は、電子が多く、電子雲が大きくなり、電子がより自由に分散するため、分散力が増加します。力が強いほど、隣接する原子間の相互作用を壊すためにより多くのエネルギーが必要になり、沸点が高くなります。
これは、アルカン系列の分子量の増加が、対応する沸点と融点の増加につながる理由も説明しています。
ただし、分子量だけでは分散力の強さは決定されません。
n-ペンタンとネオペンタンは質量が同じでも、形状が異なるため沸点が異なります。
まっすぐなn-ペンタンは、隣接する分子と相互作用するためのより大きな表面積を提供しますが、球状のネオペンタンは表面積が小さく、その結果、分散力が減少します。これにより、沸点が低くなります。
液体を混合する際には、分子間力も重要です。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可溶性であるか、または混和します。
エタノールと水について考えてみますが、どちらも水素結合相互作用を示します。混合すると、エタノール分子は水分子と水素結合を形成することができ、2つの液体は完全に混和します。
対照的に、分子間力の種類と大きさが異なる液体は、不溶性または非混和性です。分散力と水素結合力を持つ極性水分子と、分散力のみを持つ非極性ヘキサン分子を考えてみましょう。
混合すると、ヘキサンが最上層を形成し、水が最下層を形成します。ヘキサンの弱い分散力は、水中の強い水素結合と競合することはできません。したがって、ヘキサンと水は混ざりません
分子間力とは、分子と分子の間に存在する引力のことです。分子間力は、物質の融点、沸点、溶解度(混和度)などのバルク特性を決定します。モル質量、分子形状、極性によって分子間力の強さが異なり、それが分子のファミリー全体の物性の大きさに影響を与えます。
分散のような一時的な引力は、極性、非極性にかかわらず、…
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