二酸化炭素の双極子モーメントは0ですが、二酸化硫黄の双極子モーメントは0ではない。この2つの構造にはどういう違いがあるのですか?

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A 回答 (4件)

 


有機化学者の rei00 です。

 「どうして、折れ線構造をとるのでしょうか・・・。」についてです。有機化学者としては,「二酸化炭素の双極子モーメントは0ですが、二酸化硫黄の双極子モーメントは0ではない。」から,それぞれの構造を直線構造と折れ線構造だと考える。すると,前者の炭素は sp^2 混成軌道をとり,後者の硫黄は sp^3 混成軌道をとると考える所です。

 しかしこれでは回答になっていませんので,「なぜ?」に対する私流の解釈をご紹介します。なお,私は有機化学者で量子化学は専門ではない(それどころか苦手でした)ので,間違っているかも知れません。その時は専門家の方,遠慮なく訂正して下さい。

 では,本論です。

 まづ,直線構造か折れ線構造かは中心原子(硫黄と炭素)の性質の違いによる事はお分かりになりますね。ここで,硫黄原子の最外核電子は,3s 軌道に2個,3p 軌道に4個(3px に2個,3py と 3pz に1個づつ)入っています。

  S:3s(↑↓)2px(↑↓)2py(↑ )2pz(↑ )

同様に炭素原子の場合は,次の様になります。

  C:2s(↑↓)2px(↑ )2py(↑ )2pz(  )

 ここで,より簡単な炭素の場合から説明しますが,電子同士はお互いに離れてできるだけ広い場所を占める方が安定になります。すると炭素原子の場合,2pz 軌道が空で存在します。ですので,2s 軌道にある電子の1個を 2pz 軌道に出せば(昇位といいます)安定化できます。もちろん,電子を昇位させるにはエネルギ-が必要ですが,その分は酸素との結合形成による安定化エネルギ-で賄われますので,実際に昇位させて sp 混成軌道を作り,酸素と結合します。

  C:sp(↑ )sp(↑ )2px(↑ )2py(↑ )

 ここで,2pz 軌道は直線性の軌道であり,2s 軌道は球軌道です。そのため,生じる混成軌道(sp 軌道)も直線性の軌道になります。

 あとは,2つの sp 混成軌道がそれぞれ酸素とσ結合を形成します。ただ,これだけでは炭素の電子2個は対にならずに存在しますので,酸素上の p 電子とそれぞれπ結合を形成して,直線構造の CO2 (O=C=O) 分子になります。

 一方,SO2 の場合ですが。S 原子は上記の様に 3s, 3px, 3py, 3pz の全てに電子が存在します。しかし,s 軌道よりも p 軌道の方が広がりがあります。また,上では 3px に電子が2個入っていますが,py 軌道と pz 軌道は1個しか入っていません。そのため,3s 軌道を仲立ちとして 3py, 3pz の混成が起こります(px, py, pz は直交していますので,s 軌道無しでは混成できません)。その結果,3つの sp^2 混成軌道が生じます。

  S:sp^2(↑↓)sp^2(↑ )sp^2(↑ )

 spy, spz は直交しています(角度 90°)が s 軌道が混じりますので,sp^2 軌道は平面性の軌道になり,3つの sp^2 軌道の相互の角度は約 120°になり,硫黄原子はこの2個の不対電子で酸素原子と結合しますので,SO2 は折れ線構造になります。

 いかがでしょうか。かえって混乱させちゃったでしょうか。

 
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
ややこしいですけど、理解してやろうと思います。
また疑問がでてきたら質問すると思いますけど、
そのときもどうぞよろしくお願いします。

お礼日時:2001/07/23 23:24

酸素が電子を引きつけている傾向にありますから


     S
    ++
   /  \
  /    \
 -      -
 O      O

のような状態になっています.
これだと,双極子モーメントがあるのは明らかですね.
ushi-ushi さんが書いておられるのは上図のことです.

> どうして、折れ線構造をとるのでしょうか・

その方がエネルギーが低いからですが,
どうしてエネルギーが低くなるかという簡単な説明は
ちょっと私には思いつきません.
どなたか,量子化学専門の方が簡単な説明をしてくださると
ありがたいですね.
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
そういえば、物質は安定になるようになっているんでした。確かに、エネルギーが低い方が安定ですよね。

お礼日時:2001/07/23 23:26

ベクトルの問題として捉えると分かりやすいでしょうか。


siegmundさんの言うとおり、分子が直線である場合と折れ曲がっている場合では、ベクトルの和はことなりますよね。
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二酸化炭素は,O-C-Oの直線状分子だから,


正電荷と負電荷の中心は同じ位置にあります.
したがって,双極子モーメントはゼロ.

二酸化硫黄は,O-S-Oの折れ線型分子
(角度は 119.3度と,理化学辞典に書いてあります)
ですから,正電荷と負電荷の中心は違う位置にあります.
したがって,双極子モーメントはゼロではない.

この回答への補足

どうして、折れ線構造をとるのでしょうか・・・。正電荷と負電荷の中心が違う位置にあるから?なぜ、正電荷と負電荷は違う位置にあるのですか??

補足日時:2001/07/22 15:03
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Aベストアンサー

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Aベストアンサー

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Aベストアンサー

こんにちは。
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http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%BF%E7%B4%A0

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Aベストアンサー

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放っておけば気が抜けるのは確かなのですが、よく溶けるので抜けにくいので衝撃を与える・熱を加える等をしないと一気に抜けることはないです。

それでも水に溶けた二酸化炭素のうち、ごく一部は炭酸となり電離して弱酸性を示します。
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それに対して水素水はよく判りませんね。
↓国民生活センターのレポートです。
http://www.kokusen.go.jp/pdf/n-20161215_2.pdf

レポートの実験データを見ると分かるのですが、溶けている水素の量が全然少ないですね。

Q気体の二酸化炭素を加熱すると、どうなりますか。

気体の二酸化炭素を加熱すると、どうなりますか。

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よろしくお願いします。

Aベストアンサー

質問1について
 常温城圧の二酸化炭素を100度に加熱すると概ね二割強ほど体積が膨張します。
一千度にするとその十倍ほどの体積となり、二千度では二十倍
…というのがPV=nRTの公式から推測されますが、極端な高温の元では二酸化炭素自体の熱分解が始まったりします。

質問2について
 気体を加熱する時には別に加圧するとは限りません。
また、気体を収める容器が柔軟な素材でできていたり、ピストン付きのシリンダーだったりすれば内容積を変えることができるので、加熱しても膨張した分を吸収する事ができます。

質問3について
 現実にそれと近い現象が存在します。
火山ガスは大部分が水蒸気と炭酸ガスで残りの部分は山によって硫化水素だったり亜硫酸ガスだったりするわけですが、噴火の際は摂氏一千度前後のこういった混合ガスが一気に噴出し、周囲の大気や塵埃等を巻き込みながら、きのこ雲を作って上昇していきます。
このきのこ雲は急激な膨張と相対的に冷たい大気を巻き込むことで急速に冷やされますが、それでも周囲の大気の方が冷たく、従って密度が高いために成層圏まで上昇する事が知られています。

質問1について
 常温城圧の二酸化炭素を100度に加熱すると概ね二割強ほど体積が膨張します。
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質問2について
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Q水に砂糖を混ぜたら二酸化炭素が発生するんですか? ブラウンシュガーにウォーターを入れたら二酸化炭素が

水に砂糖を混ぜたら二酸化炭素が発生するんですか?


ブラウンシュガーにウォーターを入れたら二酸化炭素が発生する?

ブラウンシュガーって黒砂糖のことですか?

なぜ白砂糖だとダメなの?

Aベストアンサー

いずれも、投入直後には発生しない
開放容器に入れて、適温を保ち、数日以上放置すれば
出てくる可能性はある

ブラウンシュガー=黒砂糖ではない

商品名の場合と総称の場合とがあり、単に「ブラウンシュガ」と言われた場合にどちらを示すのか判然としない
精製途中の糖類の事も言うし
単に着色した白糖の場合もある

Q二酸化炭素に水素を混ぜて加熱すると…

二酸化炭素に水素を混ぜて加熱すると、水と炭素になるってことはありませんか?
もし、これが出来れば、温暖化を防げるのではないか、と私は思っているのですが…。
わかる方は教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

CO2 + 2H2 ⇔ C + H2O
にしたいということだが、できないこともないようですが、
ふつうは、
CO2 + H2 ⇔ CO + H2O
の反応の方が起きやすい。
水性ガスシフト反応の逆反応なので、水性ガス逆シフト反応といいます。
200℃前後、ロジウム触媒で、左側へ、700℃前後、ニッケル触媒などで右側へ反応が進むようです。
これはそれぞれH2やCOの生成を目的に利用されているようです。
また、
CO2+4H2⇔CH4+2H2O
の反応もあるので、メタンの生成もできます。

以上のことができたからと言って、「温暖化を防げる」ということではありません。水性ガス逆シフト反応(右側への反応)は吸熱反応なので、この反応を起こさせるエネルギーをどこかから供給する必要がありますし、生成したCOはどうするのですかね。
水性ガス生成の逆反応、
CO+H2→C+H2O
が簡単にできれば始めの反応が実現するわけですが、これが簡単にできるのかどうか私にはわかりません。

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磁気双極子モーメント 、双極子を分りやすくおしえてください

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Q酸素と二酸化炭素についてお聞かせ下さい。当方アホでして、先日まで『酸素

酸素と二酸化炭素についてお聞かせ下さい。当方アホでして、先日まで『酸素が毒』とは知りませんでした。鉄の酸化や人間が老いるというのは酸素の酸化と聞きました。そこで疑問ですが、人間は酸素を取り入れ、二酸化炭素を放出しています。植物は二酸化炭素を取り入れ、酸素を放出していると学校で習った気がしますが、酸素を毒というなら、二酸化炭素は毒ではないのでしょうか?生物学的に話になってしまうのでしょうが、何卒アホにもわかるようお願いします。

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これはものを燃やすのと化学的には同じような反応で、エネルギーが発生します。このエネルギーを使って我々は動いたり物を考えたりできます。
そして、栄養が酸素によって分解されると水と二酸化炭素が出てきます。

この二酸化炭素は肉体は利用できないので外に排出するわけです。


ちなみに酸素が毒というのは、我々の肉体もまたタンパク質や脂肪でできてますから、酸素によって酸化されて破壊されてしまうからですね。
活性酸素というやつです。
活性酸素とは化学的に非常に反応性が高くなった酸素のことですね。

実際、高濃度の酸素を吸うと、肺の細胞が破壊されて酸素中毒になって死亡してしまいます。

つまり酸素は強大なエネルギーを生み出す爆薬のようなものです。
うまく扱えば役に立ちますが、反面、非常に危険なのです。



二酸化炭素についてですが、二酸化炭素自体は毒性は低く酸素のように肉体を破壊する作用はありません。
しかしながら、我々の肺は二酸化炭素と酸素の濃度によって呼吸機能が調整されていますので、二酸化炭素濃度が高くなると(具体的には4%以上)二酸化炭素を体内から上手く排出できなくなり呼吸が阻害されるようになります。
さらに二酸化炭素濃度が7%以上になると呼吸が阻害されて生命維持が出来なくなって最悪死亡してしまいます。

二酸化炭素は毒ではないですが、粗大ゴミのようなものですね。それ自体は毒でもないですが、家のそとに大量にあると家を押しつぶされてしまいます。



ちなみに植物も酸素を吸収して二酸化炭素を排出する呼吸をしてます。
二酸化炭素を吸収して酸素を排出する働きは光合成といって呼吸とは別です。

植物は呼吸と光合成を両方してますが、光合成のほうが活発なので結果的に放出する酸素の量のほうが吸収する酸素の量より多いので、一般的には植物は二酸化炭素を吸収して酸素を放出する、とだけ言われていますが、これは大間違いです。

動植物が酸素を吸収するのは、エネルギーを生み出すために、栄養(糖分や脂肪分、タンパク質)を酸素で酸化し、分解するためです。
これはものを燃やすのと化学的には同じような反応で、エネルギーが発生します。このエネルギーを使って我々は動いたり物を考えたりできます。
そして、栄養が酸素によって分解されると水と二酸化炭素が出てきます。

この二酸化炭素は肉体は利用できないので外に排出するわけです。


ちなみに酸素が毒というのは、我々の肉体もまたタンパク質や脂肪でできてますから、酸素によって...続きを読む

Q極性分子はどれか 塩化水素 二酸化炭素 四塩化炭素 メタン 答えは塩化水素ですが、基本的なことが分

極性分子はどれか
塩化水素
二酸化炭素
四塩化炭素
メタン

答えは塩化水素ですが、基本的なことが分かっていません。
教えてください><

Aベストアンサー

二酸化炭素の分子の形を知ってなきゃ答えられないというだけです。
また、sp³とかsp²とかも必要ないです。
1) 単純に異なる元素の原子は電子を引き付ける力が異なる。
2) 分子の形は
 塩化水素 は二原子分子ですから、直線一択
 二酸化炭素 は三原子分子ですが、分子模型を作ったらわかるように直線
 四塩化炭素 は正四面体の形
 メタン   も正四面体の形

 よって、相対的に電荷が偏るのは、塩化水素だけになります。

★ 水分子は、二酸化炭素と同じ二種類の元素による三原子分子ですが、水は「く」の字に曲がっている。--厳密にはメタンと同じ形で正四面体の4つの頂点の二つに水素原子、残り二つには単に電子対だけなので強い極性を示します。

 さんざん分子模型は作らされたと思います。化学の教室には備品として整備しなければならないのでね。それを実際に手に取っていろいろな分子もの模型を作ってみさせられたと思います。その時の記憶はあるのでは??


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