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o-ジクロロベンゼンの双極子モーメントの求め方について検索してみました。

CーCl結合が隣り合わせ(60°)になっているから、その結合モーメントの始点と終点を合わせて三角系を作り、後は余弦定理を利用すれば、双極子モーメントが計算できます(勿論、その角度は120°)。

とありましたが、問題集によっては添付した画像のように60°に相当する角度を余弦定理に用いるようになっています。何故なのかご存知の方はいらっしゃいますか?

「化学結合における双極子モーメントの求め方」の質問画像

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A 回答 (4件)

#3です。


質問の仕方が悪いです。

問題集がメタノールについて書いてあるのであればメタノールとして質問を書くべきです。
メタノールCH3-O-Hで折れ曲がっています。
問題集ではこの角度を109°として双極子モーメントを計算しています。
図はそのことを表しています。
>添付した画像のように60°に相当する角度を余弦定理に用いるようになっています
というのは意味不明な文章です。

>、180°-109.5°(問題集でのθの値)=71.5°でcos71.5°とするのが正しいと思ったのですが。

なぜこうするのが正しいと思われたのですか。
-O-が109°で折れ曲がっているのであれば109°でいいのではないですか。
90°よりも小さくなければいけないというのがどこかに書いてありましたか。

a^2=b^2+c^2-2bccosθ
の式でcosθの前の符号にも要注意です。
a^2=b^2+c^2+2bccos(180-θ)


※普通こういう内容の計算をするのであれば角度は実測値を使います。
109.5°というのは正四面体角です。CH4、またはCCl4の場合です。
H-O-Hの場合の角度は104.5°になります。
CH3-O-Hの場合の角度はCH4よりはH-O-Hに近いでしょう。

あなたが問題集にある109°をわざわざ109.5°に修正して書いていることで気になりました。
ジクロロメタンでも正四面体の角度からずれます。精度を上げて書いたつもりでしょうが、「誤りだ」と言ってもいい文章になってしまいました。
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この回答へのお礼

cosθの前の符号に注意を払っていませんでした。

混乱させてしまうような質問をしてしまい申し訳ありませんでした。

お礼日時:2011/04/09 13:42

問題集で扱っている物質が「o-ジクロロべンゼン」ではないのでは?



109°というのは正四面体の結合角に近い値です。(メタン:109.5°)
ジクロロメタンではないでしょうか。

この回答への補足

確かに問題集で扱っている物質は「o-ジクロロべンゼン」ではありません。
これは、べつの回答のページで見た際の物質でした。

ただ、問題集で扱っているのは「ジクロロメタン」ではなく「メタノール」です。

ただその場合は余弦定理を適用する際に、180°-109.5°(問題集でのθの値)=71.5°でcos71.5°とするのが正しいと思ったのですが。

補足日時:2011/04/08 19:20
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「勿論、その角度は120°」の意味がわかりませんが、2本のC-Cl結合の角度は60°なんですよね?


図のθが60°の時のμを求めるんじゃないですか?

この回答への補足

θが60°の時というのは、べつの回答のページで見た「o-ジクロロべンゼン」という物質の場合のことでした。

この図では「θが109.5°の時に余弦定理を利用して計算せよ」という問題です。

ただその場合は余弦定理を適用する際に、180°-109.5°(問題集でのθの値)=71.5°でcos71.5°として余弦定理の計算をするのが正しいと思ったのですが、いかがでしょうか?

補足日時:2011/04/08 19:28
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えぇと, この画像のどこで「60°に相当する角度を余弦定理に用いるようになってい」るのでしょうか?

この回答への補足

すいません、式が全部写っていませんでした。
問題ではθ=109°となっており、画像の下の方の式にcos109°とありますがこれが余弦定理の計算式の一部になっていて、問題の値をそのまま計算式に代入して使っています。

補足日時:2011/04/08 14:31
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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

Q双極子モーメントについて

o-ジクロロベンゼンの双極子モーメントを計算する式を教えて下さいm(_ _)m

結合角は120°を使えばいいのですか?

よろしくお願いしますm(_ _)m

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そうですね。o-ジクロロベンゼンという事は、CーCl結合が隣り合わせ(60°)になっているから、その結合モーメントの始点と終点を合わせて三角系を作り、後は余弦定理を利用すれば、双極子モーメントが計算できます(勿論、その角度は120°)。
図がなくて、上手く説明できているかどうか分かりませんが、それで分かって頂けたら幸いです。

Q双極モーメントの計算方法

双極モーメントの求め方(計算の仕方)をご存知の方、教えてください。ElectronegativityはF=4、Cl=3,C=2.5、H=2.1と与えられています。もし、CHF3とCHCl3の双極モーメントを求めるとしたら、計算方法を教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

ベクトル量であることを十分に説明しなかったのが、
よくなかったようです。申し訳ありません。
補足させていただきます。
3つのフッ素原子は、全て同じ炭素原子に結合していますね。そして、3つのフッ素原子は正三角形を形成しています。
C-F結合の双極子モーメントは、Cの方を向いていますので、この3つのベクトルを合成すると、C-H結合の方向で向きがHの方を向いているベクトルが得られるのです。
これは、純粋に数学のベクトルの問題と同じです。
もしも、数学でベクトルをならっていないのであれば、その旨おっしゃってください。説明させていただきます。
もっと簡潔に理解をする方法がありますので、こちらを紹介しておきます。
CF4分子は、分子全体としての双極子モーメントは持っていません。正四面体分子という高い対称性分子のためです。双極子モーメントは何か?と訊かれたとすれば、0ベクトルである、と答えます。
この事実を使います。
先ほどCHF3分子を考察した時のように、分子を置きます。
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では。

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QH2Oの双極子モーメントについて分かりません。

H2O(水)について、、、H-O-Hの結合角度が105度双極子モーメントが1.84デバイです。
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とすると何かまずいことありますか?
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二つ重要な間違いがあります。

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間違いその2.双極子モーメントは負電荷から正電荷に向かうベクトルです。
ですから水分子の双極子モーメントは
105度向きの異なる2つのH-O結合モーメントの総和となり、
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μ/D = 2*1.51*cos(105/2) ≒ 1.84

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Q双極子モーメントの単位Dとは?

双極子モーメントの単位にD(1[d] = 3.336E-30[C m])というものがあるようなのですが、
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解説されている本がありましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

P.Debyeの名前から作った単位です。「デバイ」と読んでいます。

双極子モーメントはμ=qlです。
分子の双極子モーメントの場合、qは電気素量のオーダー、lは原子間距離のオーダーになります。そのまま使うとものすごく小さい値が出てきますのでqを電気素量(=1.6×10^(-19)C)、lを1Å(=10^(-10)m)とした時の値の桁だけを抜き出して単位としたものです。

現在の単位系では
μ=1.602×10^(-29)Cm
が目安となります。
いつも10^(-29)が出てきますのでこれをのけた数字だけで議論できるようにしようという発想がでてくるのは理解できることだと思います。もしこの単位系でデバイが理論を組み立てたのであれば
1D=10^(-29)Cm
になっただろうと思います。

ところが以前はCGSesuという単位で電気量を表していました。
クーロンの法則をF=qq'/r^2とします。
r=1cm(=10^(-2)m)、F=1dyn(=10^(-5)N)の時の電荷が1CGSesuです。
この単位で表すと電気素量は
e=4.803×10^(-10)esu
です。この値を使った場合は
μ=4.803×10^(-18)esucm
になります。この10^(-18)esucmをくくりだして単位にしたのです。
1D=10^(-18)esucmです。
4.803×10^(-10)esu=1.602×10^(-19)C
1cm=10^(-2)m
ですから
1D=3.336×10^(-30)Cm
になります。
μ=4.803×10^(-18)esucm
を1Dとするという定義だと単位の換算がもっと楽になったのですが桁だけを抜き出して単位にしましたのでわけの分からない数字になってしまいました。

量子化学の計算などでは
qを電気素量、lをボーア半径とした時の値そのままをμの単位にしているようです。

P.Debyeの名前から作った単位です。「デバイ」と読んでいます。

双極子モーメントはμ=qlです。
分子の双極子モーメントの場合、qは電気素量のオーダー、lは原子間距離のオーダーになります。そのまま使うとものすごく小さい値が出てきますのでqを電気素量(=1.6×10^(-19)C)、lを1Å(=10^(-10)m)とした時の値の桁だけを抜き出して単位としたものです。

現在の単位系では
μ=1.602×10^(-29)Cm
が目安となります。
いつも10^(-29)が出てきますのでこれをのけた数字だ...続きを読む

Q2つの分子の双極子モーメントの違い

アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)は両方ともピラミッド構造ですが、双極子モーメントは4.87*10^30 ,  0.77*10^-30と大きな違いがあるのはどうしてですか?
誰か詳しく知っている方がいたら教えてください。
たぶん水素とフッ素の電気親和力の違いが関係しているように思うのですが。

Aベストアンサー

 #1 さんがお書きの様に,考えないといけないのは「電気陰性度」の大きさと電気双極子の向きです。

 まず,「化学辞典」(東京化学同人)によると,アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)の双極子モーメントは 1.48Dと 0.235Dです(D:デバイ,1D=3.33564×10^(-30) C・m)。そして,N,H,Fの電気陰性度は 3.0, 2.1, 4.0 です。

 まず,アンモニア(:NH3,:は孤立電子対)を考えます。電気陰性度の差から,NーH間の電子はN側に片寄っています。片寄りの程度は両者の電気陰性度の差の 0.9 と考えます。この結合が3つありますので,ベクトル的に足し合わせます。

 さらに,窒素上の孤立電子対を考慮しますが。孤立電子対の電気陰性度はありませんが,電気双極子モーメントがN核から孤立電子対側に向かうのは間違いないですから,先のNーH間の電気双極子モーメントの和と同じ向きです。

 結果,分子全体では窒素核から孤立電子対の方向に向いた大きな双極子モーメントが存在する事になります。

 一方,フッ化窒素(:NF3)ですが,この場合はNーF間の電子はNからFに向かう電気双極子を生じます。つまり,NーF結合3本が生じる電気双極子の向きはN核と孤立電子対間の電気双極子の向きと反対になります。そのため,分子全体としては両者が打ち消しあい,フッ化窒素の双極子モーメントは小さくなります。

 いかがでしょうか。

P.S.
「電気親和力」とありますが,「電子親和力」の間違いです。御注意下さい。

 #1 さんがお書きの様に,考えないといけないのは「電気陰性度」の大きさと電気双極子の向きです。

 まず,「化学辞典」(東京化学同人)によると,アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)の双極子モーメントは 1.48Dと 0.235Dです(D:デバイ,1D=3.33564×10^(-30) C・m)。そして,N,H,Fの電気陰性度は 3.0, 2.1, 4.0 です。

 まず,アンモニア(:NH3,:は孤立電子対)を考えます。電気陰性度の差から,NーH間の電子はN側に片寄っています。片寄りの程度は両者の電気陰性度の差の 0.9 と考...続きを読む

Q双極子モーメントの問題について

クロロホルムの双極子モーメントをもとめたいのですが、電気陰性度の差を考えるところまでは分かりました。クロロホルムは正四面体の形をとると思うのですが、そこからベクトルの計算が出来ません・・・。
結合角はすべて110度で計算しています。どなたか教えていただけませんでしょうか?

Aベストアンサー

クロロホルムの双極子は各結合の双極子の合成と考えますと、
1本の C-H と3本の C-Cl ですが、3本の C-Cl はベクトル合成すると
対称性から C-H と同一軸上になります。この軸上成分だけを向きに注意して
合成すれば求まります。H-C-Cl の角度θ として C-Cl の C-H 軸成分は
δ[C-Cl] * cos θ の3本分です。これに δ[C-H] を合成です。

Q原子価結合法と分子軌道法

原子価結合法と分子軌道法の違いが
いまいち分かりません。
数式ばかり並べられているのを見ても
どこがどう違うのかを言葉でうまく表現出来ません。
本なども読んでみたのですが、どれも難しすぎて、明確にどこがどう違うのかが分かりません。
どなたか分かりやすく、これらの違いを説明してくださいませんか?

Aベストアンサー

レスが付かないようなので、一言。
このサイトのココ↓
http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=561839
に大変詳しく、分かりやすい解説が載っていますよ。一度ご参照してみてください。

参考URL:http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=561839

Q双極子モーメントの別解

写真のようなジクロロベンゼンの各結合状態における双極子モーメントを計算せよ
という問題がありました。Cl-C結合の双極子モーメントは1.46D。


ここで(1)の解法を僕は

1.46*cos30°*2= 1.46*(√3/2)*2= 1.46*1.7325=2.53(D)

(2)は

1.46*cos60°*2=1.46*(1/2)*2=1.46

(3)は
1.46*cos90°=0

としましたが
写真のような解答が書かれていました。
数値は合致してますが下記の式がどうして導かれるのかしっかり理解できませんでした。
なぜ解答のような解法になるのかピタゴラスの定理と三角関数の関係からご指導お願いします。

Aベストアンサー

ただの余弦定理ではないかな.

Qアモルファスカーボンって

アモルファスカーボンってどんな性質を持った物なんでしょうか?
実際にはどのようなところで利用されてるんですか?
詳しい方、教えてください。
よろしくお願いします

Aベストアンサー

hiro2002さんお久しぶりです、ニュートンリングの問題にお答えして以来かと思います。

「アモルファスカーボン」については完全に定まった定義はないのですが、一般に次のようなことが申し上げられると思います。

炭素の結合形態にsp2、sp3の2種類があることはご存じかと思います(高校の化学の教科書に出ています)。sp2ばかりで結合すると層状構造のグラファイト、sp3ばかりで結合するとダイヤモンドになります。最近流行りのナノチューブはsp2でグラファイトの親戚です。

ところである条件で炭素の薄膜を作ると、sp2結合とsp3結合が混在した膜になります。この時の物質全体の構造はグラファイトとダイヤモンドの中間のものになります(参考ページ[1]をご覧ください)。この物質を指して「アモルファスカーボン」と呼ぶことが一般的です。ダイヤモンドに似たカーボンということで「ダイヤモンドライクカーボン(DLC)」と呼ぶこともあります。
また構造の乱れから炭素の結合手が余り、そこに水素が結合していることもあります。成膜に化学気相堆積法(CVD)を用いた場合、原料ガスが炭化水素系化合物である関係から膜中に水素が20-40原子%くらい含まれます。このように水素を含む膜についても「アモルファスカーボン」「ダイヤモンドライクカーボン」に含めて考えることが一般的です。

アモルファスカーボンの持つ性質としては
(1)硬い
(2)固体潤滑性を有する
(3)耐摩耗性がよい
(4)化学的に安定
(5)平滑な膜が得られる
(6)ヤング率が低め
(7)一般に絶縁体
などが挙げられます(*1)。

使われている個所ですが、代表的なものはハードディスクの磁気ヘッドのコーティングです。耐摩耗性、固体潤滑性、平滑性、低ヤング率などの特徴が活かされています。他に切削工具(ドリル刃のコーティング)もあります。ドリルの場合は磨耗が減ることのほか切削屑が付着しにくい(切りくずが詰まりにくい)という利点もあります。
また水栓(蛇口)内部の部品にも使われています。目的は耐摩耗性です。水の通る個所であり油で潤滑することができないので固体潤滑性を有するDLCでコーティングしています。もちろん化学的安定性も活かされています。
意外なものはPETボトルです。PETボトルの内面にはDLCコーティングがなされています。これはガスバリア性(内部の気体が外に抜けない性質、およびその逆)の確保のためです。気体を通しにくく、透明でかつ化学的に安定であることを利用しています。

そのほか、下記のページも参考になると思います。

[1] 「DLC膜とは」(不二越)
http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/coa/kakou/kakou_c.htm

[2] 「話題の新素材」(住友電工)
http://www.sei.co.jp/RandD/itami/e-tool/wadai.html

[3] 「シチズン時計のDLC」(シチズン時計)
http://www.citizen.co.jp/dlc/

[4] 「ナノテックのDLC」(ナノテック)
http://www.nanotec-jp.com/www_newjp/about.html

[5] "Metal-Doped Amorphous Carbon" (名古屋大学)
http://yinoue.numse.nagoya-u.ac.jp/~inoue/Japanese_EUC/Carbon-J.html

[6] 「ダイヤモンドの物理」(電気通信大) ダイヤモンド、グラファイトの構造
http://flex.ee.uec.ac.jp/www/japanese/diamond/japanese/D3.html

*1「ヤング率が低めなのに硬い」というのは一見矛盾しているようですがこれは以下の理由によります。
硬度測定のために圧子を押し込む際にはそれほど力を要しません(=ヤング率低い)。しかし圧子を外すと復元し、表面上に残る圧痕はごく小さなものになります。硬度は決められた力で押し込んだ後に残る圧痕の大きさで定義されますから、計算上「硬度は高い」という結果になります。

参考URL:http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/coa/kakou/kakou_c.htm, http://www.sei.co.jp/RandD/itami/e-tool/wadai.html

hiro2002さんお久しぶりです、ニュートンリングの問題にお答えして以来かと思います。

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炭素の結合形態にsp2、sp3の2種類があることはご存じかと思います(高校の化学の教科書に出ています)。sp2ばかりで結合すると層状構造のグラファイト、sp3ばかりで結合するとダイヤモンドになります。最近流行りのナノチューブはsp2でグラファイトの親戚です。

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