トルエンの双極子モーメントが０．４Dで、O-キシレンは、0.4×√3 でP-キシレンは、0.4×(√3/3) と書いてあるのですが、√3と√3/3は、どこからきたのですか？

双極子モーメントをベクトルと考えて、ベクトルの足し算をします。ベンゼン環の中心からメチル基に向かうベクトルを書いて、これをメチル基いっこ分の双極子モーメントと考えます。オルトキシレンの場合：ベクトルの間の角度が60度なので、合成されたベクトルの長さは、もとのベクトルの長さの√３倍になります。メタキシレンの場合：角度が120度になるので、合成されたベクトルの長さはもとのベクトルの長さと同じになりますから、メタキシレンの双極子モーメントは、トルエンの双極子モーメントと同じになります。パラキシレンの場合：ベクトルの向きが正反対なので、打ち消しあってゼロになります。パラキシレンは、双極子モーメントを持ちません。パラキシレンの双極子モーメントが0.4×(√3/3)デバイというのは、何かの間違いでしょう。

双極子モーメント -トルエンの双極子モーメントが０．４Dで、O-キシレ- 化学

Q双極子モーメントの求め方について

薬学１回生です。有機化学の教科書で、双極子モーメントというものがあるのですが、求め方がよくわかりません。教科書にはμ＝q×r（q：電荷、r：両電荷間の距離）と書いてあります。
いったいどこを見て電荷や両電荷間の距離がわかるのですか？表などがあるのでしょうか？
お分かりの方がいらっしゃいましたら、詳しく教えていただけるととてもありがたいです。

Aベストアンサー

＞いったいどこを見て電荷や両電荷間の距離がわかるのですか？表などがあるのでしょうか？

薬学1回生ということなので、これからいろいろ知識を獲得していかれることと思います。さて、直接的な答えにはなりませんが、参考ＵＲＬの「電気陰性度と極性」のところは一読の価値があると思います。また、次のサイトも覗いてみてください。簡単な分子の双極子モーメントが与えられていたり、分子の形と双極子モーメントの関係などが載っています。
　http://www.keirinkan.com/
　　　↓
　　化学(2)
　　　↓
　共有結合によって結びついた物質
以上、ご参考まで。

参考URL：http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/chem/lec6-2.html

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Qニトロフェノールのオルト体とパラ体

　ニトロフェノールのオルト体とパラ体では沸点が相当違いますよねぇ・・・。ニトロ基の場所の違いがどうして沸点の差に結びつくんでしょう？沸騰するっていうのは蒸気圧=外圧になるってことですよねぇ。となると、パラ体の溶液のほうが外圧が高くなるってことでしょうか？それとも蒸気圧が低くなるのでしょうか？でも、なんでニトロ基の場所が違うだけで、そんなことが起こるノー--？
　教えてくださいっっ！！寝れません！！

Aベストアンサー

原因は分子間水素結合をするか、分子内水素結合（キレーション）をするかです。
パラの場合はニトロ基と水酸基が分子の間で水素結合しますので。沸点は高くなります。見かけの分子量が上がるわけですね。
しかし、オルト体では分子模型を作って頂くと良く分かるのですが、水酸基とニトロ基はとなりあい、分子内の官能基で水素結合を起こします。この現象をキレーションと呼びます。このためオルト、パラと比べて分子単体でいる確率が高くなります。ゆえに他の二つと比べて沸点が下がります。
この現象で同様に溶解度の説明も出来ます。溶解するためには、水和する必要があるわけですが、先の理由によりオルト体では水酸基が水和できない状態になっています。従って溶解度が下がります。パラとメタの差については電子の吸引で説明できます。パラの方がより酸性に傾くわけです。
なお補足ですが、確かパラ体では沸点がなかったのではないでしょうか？その前に分解してしまうはずです。

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Qミラー指数：面間隔bを求める公式について

隣接する２つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2)　・・・（１）

となる。

質問：「(１)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_|￣|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0　　(1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a　　(2a)
hx + ky + lz = -a　　(2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)　　(3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt　　(4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)　　(5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)　　(6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp＞qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ：
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト　第３章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL：http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

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Q凝固点降下定数の単位

なぜ凝固点降下定数の単位って（k/mol・kg-1)と言う単位になるのですか？

凝固点降下定数=RT*2/ΔＨ

と言う式なのですが、Ｒは（j/mol・k)、Tは（K)、Hは（kj/mol)という単位で表されていて、これをいじってみても（k/mol・kg-1)になりません。

教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

これは、濃度をどの単位で表示するかの違いです。

希薄溶液で、凝固点降下度をΔt、溶質のモル分率をx、溶媒の融点をT、溶媒のモル融解エンタルピーをΔHとすると、

Δt＝(R(T^2)/ΔH) x

となりますが、(R(T^2)/ΔH)の単位はK(ケルビン)であり、モル分率は無次元量なので、上の式の単位は両辺で一致しています。※（T^2)はTの２乗です。

つぎに、濃度を質量モル濃度 m（溶媒の単位質量に溶ける溶質の物質量）で表示した場合、溶媒のモル質量をMとして、モル分率xとは

x＝m/(m + 1/M)

の関係となります...続きを読む

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Q極性は親水性、非極性は疎水性

レポートを書く為に若干あやふやな部分があるので質問をします。
教科書には『分子は似たものを溶かす』とありました。
即ち極性物質は極性物質を溶かし、非極性物質は非極性物質を溶かす。
したがって、極性物質である水は極性物質を溶かす。

極性物質が極性物質を溶かすのかは何となく分かります。
しかし非極性物質が非極性物質を溶かす理由がイマイチ分かりません。

あやふやなままレポートを書くのはいやなので、どうしてそうなるのか教えてください。

Aベストアンサー

いいとこに突っ込みますね。

溶ける前と溶けた後のことを考えて見ましょう。
無極性物質の例としてナフタレンでやってみましょう。

ナフタレンの固体中で、ナフタレン分子同士の間は分子間力と呼ばれる力でお互いが引き合い、その結果として結晶を作っています。
分子間力の起源は分子によって異なりますけど、ナフタレンのような芳香族分子だと、ファンデルワールス引力に加え、パイ－パイ相互作用、CH-パイ相互作用が考えられますが、ここでは詳細は良いのでとにかく引き合う力は大して強くない、ということだけ念頭においてください。

では、ナフタレンをベンゼンに溶かしてみましょう。
ベンゼンもナフタレンとだいたい同じ様な分子なので、引き合う力も同じようなもんです。
溶けたナフタレンはベンゼンの中でどのような状態になっているでしょうか。
まわりの溶媒分子であるベンゼンと相互作用しながら、ふわふわと漂っている感じです。
また、ベンゼン同士も大して強い力で引き合っておりません。

これは極性物質が水に溶ける場合とは大きく異なっていますね。
溶質分子間にはたいした相互作用はありません。
溶媒分子間にもたいした相互作用がみられません。
溶質・溶媒間も同様。
つまり、極性物質が水に溶けるときのように、”頑張って隙間にねじ込む”必要が（ほとんど）ないのです。

なので、ナフタレンをベンゼンに漬けて、ちょっと暖めてやれば、熱をもらって動きたがりになったナフタレン分子は、「どれ、周りのナフタレンから剥がれて、ベンゼンの中に漂いだそうかい」というくらいの適当な気持ちで溶け込んでいけるのです（実際にはあっためずとも室温くらいで溶けるはず）。
極端に溶媒ー溶質の相互作用を無視して言えば、液体をあっためたら蒸発するのと似てるかな。乱暴な言い方ですけどね。

熱力学の言葉で言えば、「エンタルピー的な変化が溶解の前後でさほど無い。一方、分子が溶解することでのエントロピー的な稼ぎがあるので、結果として溶けた方がハッピー。だから溶ける」といったとこかな。これ、No.1さんが言ってるのと同じです。

なお、無極性溶媒といってもいろいろあります。

ヘキサンなどのように、ほんとにほとんど何の相互作用も無い（ファンデルワールスはあるけど）、貧弱な溶媒もあれば（事実、このような相互作用の弱い溶媒中では、希薄溶液中の溶質は気相の孤立分子の性質に近づく）、溶質と強く相互作用するものもあります。

上で例に挙げたベンゼンなんてのは、実はかなり相互作用が強い分子です。ベンゼンとかトルエンは、無極性ではありますが、割と物を良く溶かしますし、カラムの溶媒に使っても、結構モノを流します。溶質との強い相互作用のためでしょう。
こういう、相互作用が効いてくると、上述したように「エンタルピーの変化はあんまり無い」とは必ずしもいえなくなります。

なお、無極性溶媒には極性物質は逆に溶けにくくなります。
たとえば、食塩をヘキサンに溶かすのは無理です。
これは、溶質（溶けてないから溶質とはいえないけど）分子間の強いクーロン相互作用、双極子相互作用などを切断するほどの、溶質ー溶媒間の相互作用が生じないためです。固体中での結合をあえて切断し、溶け込むだけのエネルギーの補填が、無極性溶媒ではできないのですね。
油と

いいとこに突っ込みますね。

溶ける前と溶けた後のことを考えて見ましょう。
無極性物質の例としてナフタレンでやってみましょう。

ナフタレンの固体中で、ナフタレン分子同士の間は分子間力と呼ばれる力でお互いが引き合い、その結果として結晶を作っています。
分子間力の起源は分子によって異なりますけど、ナフタレンのような芳香族分子だと、ファンデルワールス引力に加え、パイ－パイ相互作用、CH-パイ相互作用が考えられますが、ここでは詳細は良いのでとにかく引き合う力は大して強くない、という...続きを読む

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Q双極子モーメント

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？

Aベストアンサー

　
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。

　

　
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...続きを読む

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Qアキラルとは。

アキラルというものが解りません。辞書によると
キラルというのは像と鏡像が重なり合わないもので、
アキラルは像と鏡像が重なり合うらしいのですが、
(像と鏡像が)重なり合うと云う事は、おんなじ物質
というのと違うのでしょうか。

どなたか詳しい方がいらっしゃいましたら回答
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

> アキラルというものが解りません。

　簡単に言えば，「キラルでないもの」をアキラルといいます。

> アキラルは像と鏡像が重なり合うらしいのですが、
> (像と鏡像が)重なり合うと云う事は、おんなじ物質
> というのと違うのでしょうか。

　はい，同じ物質です。よく使われる例に手袋があります。右手用（あるいは左手用）の手袋を鏡に写すと，左手用（右手用）になり，元の右手用（左手用）とは異なります。この様な場合を「キラル」と言います。

　一方，靴下の場合，右足（左足）用とも形が同じですので，右（左）足用の靴下を鏡に写しても同じ右(左）足用になります。この様に，鏡に写しても元と同じになる場合を「アキラル」と言います。

　「キラル」，「アキラル」と言う言葉は出てきませんが，下の過去質問「QNo.337088　光学不活性・・・」の ANo.#3 の回答とそこで紹介されている過去質問が参考になると思います。

参考URL：http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=337088

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Q安定性が第三級＞第二級＞第一級になるのは何故？

学校の課題で、安定性がこのようになるのは何故なのか説明しなければいけないのですが、教科書（「パイン有機化学I」p202）を読んでもよくわかりません。

超共役や誘起効果が関わると思うのですが、それをどのように理解したら「第三級＞第二級＞第一級」と安定性が説明できるんでしょうか？？

わかりやすいＨＰなどでも結構です。
急ですが、明日中にお願いします。

Aベストアンサー

カルボカチオンの安定性の話ですね。
単純化すれば、アルキル基が電子供与性の誘起効果を示すために、それが正電荷を持つ炭素に多く結合しているほどカルボカチオンの正電荷を中和されるために、安定化されるということです。
そのために、アルキル基の数が多いほどカルボカチオンが安定であり、それを言い換えると「カルボカチオンの安定性は、第三級＞第二級＞第一級である」ということになるわけです。

アルキル基が電子供与性を示す理由として用いられるのが超共役の考え方です。
すなわち、通常の共鳴...続きを読む

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Q共鳴構造式の書き方って？

有機化学を大学で習っているのですが、いきなり最初の方で躓いてしまいました＞＜
教科書に「巻矢印表記法を用いて、化合物の構造に寄与する共鳴構造式を書け」という問題があるのですがさっぱりわかりません。参考書等を調べてみてもさっぱりわからないので…どうか教えてください＞＜

Aベストアンサー

巻矢印が電子対の移動を表しているということはわかりますか？
また、分子や原子の電子配置はわかりますか？つまり、Lewis構造式を正しくかけますか？

これらがわかっていなければ、共鳴構造式は書けません。逆にこれらがわかっているのであれば、教科書等の例を、その電子配置を考えながら、丁寧に見ていけば理解出来るはずです。

なお、原子の電荷を考える場合には、共有されている電子は共有している原子で等分し、孤立電子対は、それを有する原子のみに属すると考えて、その電子数を、その原子本来の電...続きを読む

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Q結合性軌道と反結合性軌道とは？

結合性軌道と反結合性軌道とはどういうものなのでしょうか？
調べてみたのですが少し専門的で理解できませんでした。
初心者にも分かる程度にご教授お願いいたします。

また、「水素の分子軌道において、基底状態では反結合性軌道に電子が含まれない」ということも合わせて教えていただけるとうれしいです。

Aベストアンサー

分子の化学結合理論で、分子軌道法という理論の中で使われます。
文だけで分かりづらいと思うので画像をご覧ください。

まず、簡単に水素原子2つから水素分子1つができる過程を考えます。
それぞれの水素は1s軌道に電子を1つずつ持っています。
この2つの1s軌道は相互作用し、エネルギーの異なる2つの軌道ができます。
このときエネルギーの低い方の軌道は、2つの軌道の電子波の位相（波動関数の符号）を合わせて重なります。
すると重なった部分（2つの原子間）の電子密度が高くなり、この軌道の電子は2...続きを読む

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