水素結合についての質問なのですが、

水素結合は、HとF,O,Nのような電気陰性度の差が大きい結合において
Hの電子(共有電子対)が強くF,O,N側に引っ張られるために、
Hの陽子がむき出し状態になり、それが、F,O,Nの非共有電子対と引きあうものですよね?

それで、水分子は2組の非共有電子対で水素結合するらしいのですが、
フッ化水素は3組の非共有電子対があるのに、
Hのむき出しになった陽子は、なぜ1つの非共有電子対にしか、水素結合しないのですか?
極性が関係あるのですか?
極性が原因だとしたら、それはなぜなのですか?

良くわかりません。教えてください。お願いします。

A 回答 (2件)

水素原子が1本しか水素結合を作らないのは、水素結合を形成するような水素は「陽子がむき出し」に近い状態になっています。


陽子というのは原子核そのものであり、他のイオンと比較して遥かに小さいものです。
そのため、水素結合においては、水素原子をはさんで3個の原子がほぼ直線上に並びます。
すなわち、2個の球状の原子が、水素原子のところで接しているようなモデルになります。
つまり、水素原子が2原子の接点となり、共有結合と水素結合を介して3個の原子が直線上に並ぶということです。
このように、水素が極端に小さいために、別の原子がそこに接近して別の水素結合を形成するのは不可能であるということです。
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水素原子の水素結合の相手になる原子は1個のみです。


それにも関わらず、HFのF原子が複数のHと水素結合を作れば、HとFの数が合わなくなりますね。HとFは同数ですから。
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Q高校化学 水素結合についての問題です。

問題
氷の結晶中の水分子を考える。この水分子は4本の水素結合により隣接する4つの水分子と結ばれている。0度での氷の昇華熱は47kj/molである。このとき、氷における水素結合の結合エネルギーはいくらか。


自分なりの答え
水分子には2つの非共有電子対があるから、この2つで水素結合を形成する。よって47/2 kj/mol

しかし、解答では、数値的にはあってはいるんですが、解法が違ってました。

問題集の解答
各水分子は隣接する4個の他分子と水素結合しているから、水分子一個辺りの水素結合の本数は
4×1/2=2本
氷1molには2molの水素結合が含まれるとわかる。
よって水素結合の結合エネルギーは
47/2 kj/mol

4×1/2の1/2はどこからきた値でしょうか?
ご回答をお願いします。

Aベストアンサー

 水素結合とは、概念的には酸素の非共有電子対とプロトンの結合のように見えますが、実際にはプロトン交換といわれる水素原子の交換も起きています。
 水素結合は、水素原子を介した結合ですから、水分子には4つの等価な水素結合があり、それぞれの結合には二つの酸素が関わっています。二つでひとつですから2で割ります。
 アンモニアと水分子の水素結合--アンモニウムイオンは実在しない--を考えると良くわかるのでは?

 この結合の本数と考えたほうがよいかもしれません。たくさんの人が手をつないで人の鎖を作っていると考えたとき、結合の数は人数×2÷2です。もしその中に三本の腕を持つ人が何人か紛れ込んでいると・・

Qイオン結合は+−になってくっつけど、共有結合の場合は右上の図のように共有して合計陽子1電子2なので−

イオン結合は+−になってくっつけど、共有結合の場合は右上の図のように共有して合計陽子1電子2なので−を帯びていますよね?

Aベストアンサー

ああ、よくある錯覚ですね。
共有結合をした後の、価電子の数を数えてみてください。
Hから1個、Clから7個。併せて8個。
ちゃんとつじつまは合っていますよ。
なお、共有結合の場合、プラスの合計とマイナスの合計は、意味を成しません。(イオン結合と根本的に違います)
この場合、2原子で1つの原子を「作ろうとしている」のです。

Q水素結合の実効距離

水素結合の実効距離

生命科学系の学生.
脂質と結合する蛋白質の研究をしております.

水素結合の形成に関する質問をさせていただきます.
陰性原子に共有結合した水素原子と別の陰性原子が近づけば水素結合が形成されるのは自明だと存じます.
教科書ではこれら3つの原子が直線的に位置したときに形成されるとの記述を見かけます.
以下の疑問について,ご経験者の皆さまにおかれましてアドバイスいただけないでしょうか?
よろしくお願いいたします.

1. ?レベルで,原子がどの程度近づけば水素結合が形成されるのか?
2. 結合が形成されるに足る距離であっても,陰性原子・水素原子・陰性原子が直線上に位置した場合のみ水素結合が形成されるのか?

Aベストアンサー

あまり厳密ではありませんが一般的な認識では、

1:水素原子とヘテロ原子は1.9~2.0Aくらいまでは近くないと水素結合があるとは考えにくいです
2:必ずしも直線上にある必要はありません.わかりやすい解釈としては、水素原子と、ヘテロ原子上の非共有電子対との間に形成される、と考えられていますので、非共有電子対の方向とあまりにもかけ離れている場合には水素結合があるとは考えにくいです.

Q次の粒子1個の質量は何gか。ただし,H=1,N=14,O=16,Na=

次の粒子1個の質量は何gか。ただし,H=1,N=14,O=16,Na=23,Au=197,アボガドロ定数を6.0×10^23/molとし,有効数字2桁で答えよ。

(1)H

(2)H20

(3)NO3-

これらの解き方を教えていただけないでしょうか?
計算過程もくわしく書いてもらえると有難いです。

Aベストアンサー

1[mol]とは分子量や式量に[g]をつけた質量の集まりで、
そのときの原子や分子の数がアボガドロ数=6.0×10^23[個]になります。
逆に、原子や分子1個の質量を出すためには、分子量や式量をアボガドロ定数で
割ればいいのです。

(1)Hの式量は1です。
  1/6.0×10^23
(2)H2O=1×2+16×1=18
  18/6.0×10^23
(3)イオンの場合は電子の質量は無視できます。
 NO3-=14×1+16×3=62
  62/6.0×10^23

Q水素結合について。

大学入試の為の勉強をしています。

問題集に、
『次の化学式に表される物質が結晶状態にあるとき、その中に存在する全ての結合を答えよ。』
という問題があり、解答には、塩化アンモニウムと水酸化カリウムに水素結合が含まれていません。

アンモニアやメタノールでは水素結合が存在すると思うのですが…

なぜ塩化アンモニウムのアンモニアイオンや、
水酸化カリウムの -OH には水素結合が含まれないのでしょうか?

イオン結合を含むと水素結合の働きは失われるのでしょうか。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

> イオン結合を含むと水素結合の働きは失われるのでしょうか。

いいえ。そんなことないです。そんなことないはずなんですけど、「水素結合を含むイオン結晶」というものがたぶん高校化学の範囲外なので、「イオン結晶には水素結合が含まれない」というのが、正解になるのでしょう。それと、確か、高校化学の範囲では水素結合を受け入れる元素がN,O,Fに限られていたと思います。学校か予備校で先生に確認してみてください。なおアンモニウムイオンの窒素原子が水素結合の受け側になれないのは、NH4+ には非共有電子対がないからです。


ここから下の話は、高校化学の範囲外の話なので、適当に読み飛ばしてください。
----------
■塩化アンモニウムには水素結合が含まれるのか?
あまりに微妙すぎる問題なので、水素結合を含むという人もいれば、含まないという人もいます。含む、とする人の根拠は、「KClとRbClがNaCl構造なのにNH4ClがCsCl構造になるのは、CsCl構造をとるとNH4+一個当たり四個の水素結合が作れるのでエネルギー的に得をするから」というものです。含まないとする根拠は#3さんの回答にあります。微妙な話なので、学者さん以外にとっては、どっちでもいい話です。

これがフッ化アンモニウムNH4Fだったなら、NH4FはH2Oに似た結晶構造をとるので、水素結合を含むと主張する人の数がずっと多くなります。

いずれにしても、NH4Clの結晶構造について調べない限り、答えられる問題ではないです。

■水酸化カリウムには水素結合が含まれるのか?
これも、あまりに微妙すぎる問題です。常温常圧では水素結合はできていないようですけど、-40℃以下まで冷やすと水素結合ができる、ということが報告されています。このイオン結晶に含まれる水素結合は O-H…O-H…O-H… のような無限鎖で、フッ化水素HFの結晶中にある F-H…F-H…F-H… の無限鎖に似たようなものです。このことから、イオン結晶だから水素結合は含まない、などとは決していえないことが分かります。

KOHについてもNH4Clと同じで、KOHの結晶構造を調べない限り、答えられる問題ではないです。

> イオン結合を含むと水素結合の働きは失われるのでしょうか。

いいえ。そんなことないです。そんなことないはずなんですけど、「水素結合を含むイオン結晶」というものがたぶん高校化学の範囲外なので、「イオン結晶には水素結合が含まれない」というのが、正解になるのでしょう。それと、確か、高校化学の範囲では水素結合を受け入れる元素がN,O,Fに限られていたと思います。学校か予備校で先生に確認してみてください。なおアンモニウムイオンの窒素原子が水素結合の受け側になれないのは、NH4+ には非共有電...続きを読む

Q高1の化学の問題です 水を燃焼させると以下の反応が起こる。 2H2+O2→2H2O 4.0gの水素を

高1の化学の問題です

水を燃焼させると以下の反応が起こる。
2H2+O2→2H2O
4.0gの水素を燃焼させるのに必要な酸素と生成する
水の質量をそれぞれ求めなさい。です。
わかる方いたら係数の比を使ったやり方でお願いします( ˃ ⌑ ˂ഃ )

Aベストアンサー

H=1.0
O=16.0 で計算します

1molについて
水素H2の1mol=2.0g

問題は、4.0gの水素H2なので、2.0molになります。

水素H2の完全燃焼は、水素2:酸素1なので、
2.0molの水素H2を完全燃焼させるのに必要な酸素O2は1.0molです。

つまり、4.0gの水素H2を完全燃焼させるのに必要な酸素O2は…

O2:1mol=16.0×2=32.0g

生成する水H2Oは、4.0g+32.0g=36.0g
となります。

Q水素結合の強さ

よく教科書に載っている分子状水素化合物と沸点、融点の関係の
グラフをみて疑問に思ったことがあります。
http://www1.doshisha.ac.jp/~bukka/Index/bukka3_4_web/pc4/image/pc4_1701.png

それは、水素結合の強さについてです。
図をみると融点では、水とアンモニアの水素結合が、
沸点では、水が異常に強い水素結合を示しているように見えます。

水素結合の強さは、どんな理由で強くなるか調べてみると、
結合角、温度、圧力などで決まるそうですが、これらの原因が
どんな理由で水素結合の強さにかかわってくるのですか?

参考 http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_bond

Aベストアンサー

 融点、沸点に水素結合が多いに関与していますが、それだけでは水分子の水素結合が強いということは示していません。水素結合の強さだけを比較した場合、フッ素原子と水素原子間の水素結合が一番強く、酸素、窒素の順番になります。

 ここで水素結合が可能な数に注目してみますとフッ化水素は水素結合に関与する水素が一つ、アンモニアは水素結合に関与する孤立電子対が一つしかありません。それに対し水は二つの水素と二つの孤立電子対があります。したがって同じ分子数で比較すると水の場合はフッ化水素やアンモニアに比べ2倍の数の水素結合が可能です。沸点や融点は温度を上げることによって水素結合が切断される現象も含んでいるので、水分子の場合は他の二つに比べ2倍の水素結合を切断しなければなりません。フッ化水素の水素結合が強くても水素結合は一つしかなく、水の二つの水素結合を切るエネルギーまでは必要としないため沸点が低くなっています。

 水素結合の強さに関してですが、結合角、温度、圧力でも確かに変化します。それ以外に結合距離でも変わります。
 結合角は水素結合を形成している水素、アクセプターの原子、水素が共有結合している原子からなる角度が180度がもっとも強くなります。温度は水素結合がそれほど強い結合ではないので、通常の状態では加熱しただけで切断されるぐらいに弱いです。また圧力を加えると水素とアクセプターの原子の距離が近づくために結合力が強くなります。逆に圧力を下げるとこの距離が離れるため、容易に切断されます。また圧力を加えなくても分子の形が水素結合の距離を長くするような形であれば、このときも水素結合は弱くなります。

 融点、沸点に水素結合が多いに関与していますが、それだけでは水分子の水素結合が強いということは示していません。水素結合の強さだけを比較した場合、フッ素原子と水素原子間の水素結合が一番強く、酸素、窒素の順番になります。

 ここで水素結合が可能な数に注目してみますとフッ化水素は水素結合に関与する水素が一つ、アンモニアは水素結合に関与する孤立電子対が一つしかありません。それに対し水は二つの水素と二つの孤立電子対があります。したがって同じ分子数で比較すると水の場合はフッ化水素や...続きを読む

Qサリチル酸C7H6O3は水溶液中でC7H6O3→C7H5O3-+H+のように電離する。サリチル酸の1

サリチル酸C7H6O3は水溶液中でC7H6O3→C7H5O3-+H+のように電離する。サリチル酸の10.0mM水溶液のpHは2.57であった。サリチル酸のpKaを求めよこの問題の解き方を途中式を含めて詳しく教えてください

Aベストアンサー

サリチル酸の解離平衡は次式で表される。
 HX=H^++X^- (1) この解離定数はK_a=[H^+ ][X^- ]/[HX] (2)
この平衡では常に次の質量バランスと電荷バランスが成り立つ。
  Xの化学種の総量は一定であるから
 A=[HX]+[X^- ] (3)
  Aは最初に調製した酸溶液の濃度 ここでは10.0mol/Lである。
  正電荷と負電荷のバランスは
 [H^+ ]=[X^- ]+[〖OH〗^- ]=[X^- ]+K_w/[H^+ ] (K_w=[H^+ ][〖OH〗^- ]=〖10〗^(-14)) (4)
ここで(2),(3),(4)より次式を得る。
[X^- ]=[H^+ ]-K_w/[H^+ ] [HX]= A-[X^- ]=A-[H^+ ]+K_w/[H^+ ] (5)
 この問題に於いて最初の10.0mol/L溶液のpHが2.57で有る時、式(2)からは
 K_a=[H^+ ][X^- ]/[HX] =[H^+ ]([H^+ ]-K_w/[H^+ ] )/(A-[H^+ ]+K_w/[H^+ ] ) これに与えられた数値 A=10.0×〖10〗^(-3) [H^+ ]=〖10〗^(-2.57)を代入すれば
  解離定数を計算できます。計算はご自分で 確認してください。
計算のこつは10のマイナスの指数で非常に小さな数は省略して近似計算をすることです。
化学の計算問題は根気です。

サリチル酸の解離平衡は次式で表される。
 HX=H^++X^- (1) この解離定数はK_a=[H^+ ][X^- ]/[HX] (2)
この平衡では常に次の質量バランスと電荷バランスが成り立つ。
  Xの化学種の総量は一定であるから
 A=[HX]+[X^- ] (3)
  Aは最初に調製した酸溶液の濃度 ここでは10.0mol/Lである。
  正電荷と負電荷のバランスは
 [H^+ ]=[X^- ]+[〖OH〗^- ]=[X^- ]+K_w/[H^+ ] (K_w=[H^+ ][〖OH〗^- ]=〖10〗^(-14)) ...続きを読む

Q水素結合の強さ

分子内に-COO-(カルボニル基)のみと-OH(水酸基)のみを有する場合ではどちらがより水素結合しやすいのですか?(水素結合の強さが強いのはどちらの基ですか?)
また水素結合の強さは化合物の構造の何に依存しますか?

Aベストアンサー

実際にデータを見たことがないので理詰めになりますが
一応お答えします。

もともと水素結合とは電子が不足している水素を
電子が余っている酸素が引き付けることで発生します。

つまり酸素の持つ電子が多ければ多いほど結合が強くなる
ともいえます。(水素は取れる電子が少ないので無視です。)

『え、酸素が持ってる電子はどれも同じじゃないの?』と
思われるかもしれませんが実際には電気陰性度の強さによって
多少の差があります。

電気陰性度はどれだけ電子を強く引き付けるかを表すもので
酸素はこれがかなり強いです。カルボニル基は2つの酸素が炭素の
電子を奪い合っているため、相対的にひとつの酸素の取り分は
水酸基の酸素に比べて少なくなります。

そのため水素結合は水酸基のほうが強いと思います。

Q高校化学の問題で、C,Ne,Mg,Clのうち共有結合の結晶をつくるのがCだけなのはなぜ?

高校化学の問題で、C,Ne,Mg,Clのうち共有結合の結晶をつくるものを選ぶ問題で答えがCとありました。なぜでしょう?なぜほかの原子は共有結合をしないのでしょうか
丸暗記するしかないのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>C,Ne,Mg,Clのうち共有結合の結晶をつくるものを選ぶ
 ではなくて、
C,Ne,Mg,Clの単体で、共有結合性結晶をつくるもの
 じゃないかと、化合物には共有結合のものもあるし、気相では分子、すなわち共有結合をするものもある。
 Cl₂は共有結合の分子を作り、それが分子結合性の結晶を作る。

化学は、九九のように丸暗記しなければならないものも確かにあるが、どういう化学結合をするかは理解しておかないと。
1) 周期表の三周期までと、アルカリ金属、アルカリ土類、ハロゲン、希ガス程度は覚えていた方が良い。周期表の形と共に
 □                 □
 □□          □□□□□□□
 □□          □□□□□□□
 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□
2) 金属元素と非金属元素
 電子を失い陽イオンになりやすい金属元素と、電子を受け取り陰イオンになる非金属元素はイオン結合性結晶
3) 金属元素どおし
 失った電子の自由電子の雲の中に陽イオンの金属で構成される金属結合性結晶
4) 非金属元素どおし
 電子を受け取りやすい物どおしなので共有結合で分子を作る。
5) 分子どおし
 分子間力で分子結合性の結晶 氷とか・・
6) 電子の数によっては、巨大分子を作ることができる
 Cは外殻電子が4個--共有結合ができる腕が4個なので、正四面体の電子軌道で立体をつくれる。ダイヤモンド
7) 分子であって、金属や非金属的な形質をもつものはイオン結合ができる。
 NH₄⁺ と CO₃²⁻ とか

質問を正確に読み取る国語力があれば、あとはわかるはず。

>C,Ne,Mg,Clのうち共有結合の結晶をつくるものを選ぶ
 ではなくて、
C,Ne,Mg,Clの単体で、共有結合性結晶をつくるもの
 じゃないかと、化合物には共有結合のものもあるし、気相では分子、すなわち共有結合をするものもある。
 Cl₂は共有結合の分子を作り、それが分子結合性の結晶を作る。

化学は、九九のように丸暗記しなければならないものも確かにあるが、どういう化学結合をするかは理解しておかないと。
1) 周期表の三周期までと、アルカリ金属、アルカリ土類、ハロゲン、希ガス程度は覚えていた方が良い...続きを読む


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