ファンデルワールス相互作用について

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質問者：baseasid
質問日時：2011/01/22 03:41
回答数：2件

「ファンデルワールス相互作用とは中性分子間に働く相互作用の総称である。これは双極子-双極子相互作用、双極子-誘起双極子相互作用、分散力、反発力から成る」という説明から、

双極子-双極子相互作用についてわからなくなりました(>_<)

(1)中性分子とは極性がない分子のことですよね？

(2)双極子-双極子相互作用って極子を持つ分子どうしの話ではないのですか？

教えてもらえませんか…？(>_<)

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回答 (2件)

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No.2

回答者： htms42
回答日時：2011/01/22 13:49

＃１です。

＞中性分子＝電荷を持っていない分子
＞極子分子＝電荷を持っている分子

極子分子という言葉は普通使いません。
極性のある分子は分子内での電荷の分布に偏りのある分子です。
全体としては中性であっても電荷の分布に偏りはあっていいのです。
正電荷の分布の中心（重心）と負電荷の分布の中心（重心）が一致していない分子です。
偏りの程度は分子によって変わります。
でもイオンではありませんので電子１つ分よりは小さいです。
＋、－と書くとイオンの電荷との区別がつきませんので少しという意味でδ＋、δ－と書くことが多いです。
偏りの大きな分子は極性の大きな分子と言います。
「双極子」というのは正負の電荷のワンセットに対して言う言葉です。
棒磁石はＮ極、Ｓ極がワンセットになっています。
極が２つセットになっていれば双極子です。
極が４つでワンセットになっていれば四重極子です。
Ｈ－Ｃｌは全体は中性です。でも正の電荷の分布の重心と負の電荷の重心が一致していません。
電子の分布が少しＣｌの側に寄っています。
Ｈ^(δ+)－Ｃｌ^(δ-)と書きます。これを電荷の分布だけに着目して（δ＋　δ-）と書けば電気双極子になります。（全体は中性ですから|δ＋|＝|δ-|です。）

極性には分子内の結合について言う時の「結合の極性」と、結合の極性を分子全体で合わせた「分子の極性」があります。結合に極性があっても分子の構造が対称的なものであればトータルでの電気双極子は存在しないということが起こります。
二酸化炭素はＯ＝Ｃ＝Ｏと書くことができます。直線状の分子です。ＣとＯでは電気陰性度にかなりの違いがありますので結合には極性があります。でもＯの位置が対称的ですから分子として見た時は電気双極子にはなっていません。（δ-　２δ＋　δ－）のように電荷が分布しています。2つのδ-の分布の重心は２δ+の位置に一致します。
極性がない分子だと言います。直線状でなくて折れ曲がっていれば分布の重心は一致しなくなります。電気双極子が存在します。水はこの場合の例です。
Ｏ＝Ｃ＝Ｏの場合、電気双極子は存在しませんが電気四重極子としては存在するでしょう。
＋－　の形で電荷が分布している場合、＋－－＋，または－＋＋－の形で電荷が存在している場合です。
－＋

四重極の相互作用というのは双極子の相互作用よりも効果は小さいです。八重極相互作用というのもあります。
メタンの分子間力は八重極相互作用の対称性を持っています。

この回答への補足

何度もすみません…(Ｔ△Ｔ)
回答ありがとうございます!

では
双極子-誘起双極子相互作用の説明をするときに使われる、
「極子分子を中性分子に近づけると、中性分子に双極子が誘起され…」
の中に登場する
「極子分子」と「中性分子」は
例を挙げれば「水」と「酸素」というようなものですよね？
この「極子分子」は「電荷のかたよりがある分子」という意味になるんですよね(>_<)
「水」も「電荷のかたよりがあるだけ」であって、中性分子ということでいいのでしょうか…？

ということは
中性分子には『電荷のかたよりがあるけどイオンではないもの』も含まれる、という考え方で合っているのでしょうか？

何度も本当にすみません…(ToT)

補足日時：2011/01/22 14:34

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No.1

回答者： htms42
回答日時：2011/01/22 09:11

（１）中性の分子≠極性のない分子

　　　極性はあってもかまいません。　トータルで電荷がなければ中性です。
　　　中性でない分子というのは「イオンになっている」ということです。
ＨＣｌは中性の分子ですが極性があります。
（もしかしたら、ＮａＣｌは分子であると思っておられるのではないでしょうね。）
（２）ＨＣｌとＨＣｌの間には双極子－双極子相互作用が働きます。

ファンデルワールス力には広い意味でのものと狭い意味でのものがあります。
ファンデルワールスの状態方程式で出てくる分子間力に対応ものとして使われた言葉だと考えると分子間力一般です。理想気体の状態方程式からのずれは分子の大きさと分子間力によって生じるということを踏まえたものがファンデルワールスの状態方程式です。
極性がある分子では双極子－双極子相互作用があるだろうというのは磁気双極子の相互作用の類推からすぐに予想できることです。

理化学辞典で「ファンデルワールス力」を引くと「不対電子を持たない分子間（原子間）に働く引力で、ふつう分散力を意味する」と書かれています。
水素のような極性のない分子でも温度を下げれば状態変化を起こします。原子１つで存在しているＨｅ，Ｎｅ，Ａｒも状態変化を起こします。ふつうでは考えることができない力が働いていることになります。このような場合に働く分子間力はどのような起源のものなのでしょうか。
この力は量子力学的な考察から導き出されています。
原子と原子の間に働く力として導かれていますから双極子－双極子の相互作用が働いている分子間でも、イオン間でも働きます。そういう普遍的な力だということで「ファンデルワールス力」と言えばこの力のことだという場合もあるのです。距離の６乗に比例する引力　－Ｃ／ｒ^6　の比例定数Ｃを「ファンデルワールス定数」というのもこのことから来ています。
「分散力」もこの式を意味する場合は「ロンドンの分散力」になります。「分散力」自体はもっと広い意味を持っているようです。

前の質問にあった「ファンデルワールス半径」はこの狭い意味での「ファンデルワールス力」を踏まえたものです。