水素と6B族から成る分子の沸点について

只今、高校化学の「化学結合」の分野を習得しようとしている者です。
例としまして、水素と6B族から成る分子H20、H2S、H2Se、H2Teを挙げます。
これらの分子の沸点を比較すると高い順に、H20＞H2Te＞H2Se＞H2S　であると一般的に言われています。
H20、H2S、H2Se、H2Teともに分子の形状は折れ線型であるため、分子は極性を持ち、分子極性差が大きい程水素結合が強くなり沸点が高くなる点までは理解しているつもりですが、何故　H20＞H2Te＞H2Se＞H2S　の順になるのか、どうしてH2Oはそこまで水素結合が強いのか理解に苦しんでおります。
電気陰性度やイオン半径の大小比較について調査しても全体的に法則性が掴めないため、この理由を理解したく質問させていただきました。
ご存知の方がおりましたら何卒ご教授いただきたく、よろしくお願いいたします。

No.4 ベストアンサー 回答者： Saturn5 回答日時： 2014/03/21 10:49

＞水素から電子を完全に奪える原子は、Ｆ、Ｏ、Ｎの３種類です。

＞の理由は、「原子半径が他と比較して極端に小さい（程度が分かりませんが）」ということに
＞なりますでしょうか？
システムがわかっているのならばこの答えで良いです。

原子間にはたらく相互作用のほとんどはクーロン力に帰着します。
（原子核内では核力というもっと強い相互作用がありますが）
電気陰性度というのも、根本はクーロン力でできています。
第２周期の原子の方が原子核と電子の距離が近いので、クーロン力が
大きいのです。（クーロン力は距離の２乗に反比例）。
ですから、電気陰性度の大きな原子はほとんどが第２周期なのです。

この回答へのお礼

Saturn5様、ご丁寧にありがとうございました。
クーロン力（引力）が大きいことから、原子半径が小さくなる。
→　原子半径が小さければ、分子を形成する上で水素原子は、物理的にもより近接できる。
→　すなわち、水素原子の電子を奪うことが容易になる。
という解釈となりますでしょうか。
後々、「・・・の理由を記述せよ。」形式の化学の試験を受けることになりそうですので、たいへん参考になりました。

お礼日時：2014/03/21 13:32

No.3 回答者： Saturn5 回答日時： 2014/03/20 12:09

＞すなわち沸点が高い順がH20＞H2Te＞H2Se＞H2Sとなる理由を問われた場合、

＞「H2Te＞H2Se＞H2Sについては、分子間力の大小でこの順になる（分子量の大小）。
＞ただしH2Oに関しては、分子間力より強い水素結合の影響により最も沸点が高くなる。
＞ここで、何故H2Oだけ水素結合が影響するかと言うと、水素結合は水素原子から電子を
＞完全に奪う結合であり、奪える原子はF、O、Clに限られているからである。」
＞となりますでしょうか？
基本的に合ってます。
ＨＦ、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３のみが水素結合で、あとは極性のあるファンデルワールス力と
分類するのが一般的です。

＞ちなみに、今回は水素と16族から成る分子に限定しましたが、15族から成る分子の沸点が
＞NH3＞SbH3＞AsH3＞PH3となる理由は、奪える原子はF、O、Clに限られているということ
＞ですので、水素結合とは別に、この順になる理由が存在するのでしょうか？
申し訳ないです。
通勤中に書き込んだのでミスがありました。
水素から電子を完全に奪える原子は、Ｆ、Ｏ、Ｎの３種類です。
この３種は電気陰性度の強い順なのでわかりやすいでしょう。
ただし、Ｃｌは電気陰性度がＮと同じくらいなのですが、原子半径が大きいので
電子をとったあとの表面電荷が薄くなってしまうのです。それゆえに、水素結合を
しにくいのです。

また、「水素結合」は結合のカテゴリーでもっとも弱いものです。
共有結合＞＝イオン結合＞＝金属結合＞＞水素結合
水素結合はこれらのカテゴリーの中では最弱ですが、一応「結合」カテゴリー
にはいるものなので、ファンデルワールス力やロンドン分散力（極性の引力）
よりも強いものです。
いわば、共有結合を巨人や楽天とすると、水素結合はＤｅＮａ、オリックスにあたります。
いくら弱いチームといっても、高校野球の最強の大阪桐蔭や常総学院と比べると
桁違いに強いものです。

この回答へのお礼

Saturn5様、通勤中でのご回答かつ分かりやすいご説明、ありがとうございました。

＞水素から電子を完全に奪える原子は、Ｆ、Ｏ、Ｎの３種類です。

の理由は、「原子半径が他と比較して極端に小さい（程度が分かりませんが）」ということになりますでしょうか？
度重なる質問、誠に申し訳ありません。

お礼日時：2014/03/21 04:19

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2014/03/20 11:22

どこまでまじめに考えるかによるんだよね....

とりあえず高校レベルなら {N, O, F, Cl}-H…{N, O, F, Cl} という「結合」 (の「…」の部分) を「水素結合」と呼んでおけばだいたい当たる.

以下は余談.

IUPAC 的な定義 (案) ではおよそ
・「水素より電気的に陰性な元素」と結合した水素による
・方向性のある結合
のことを「水素結合」としています. んで, この定義 (案) に従うと実はかなり広範囲に水素結合が認められます. 例えば
H2O, HF, HCl, NH3, H2S
ではそれらの間で水素結合があります (H2S の水素結合は H2O に比べてもかなり小さいんだけどあることはある). さらに, 場合によっては
C-H…O
とか
C-H…芳香環 (ベンゼンなど)
などの水素結合もあったりします. まあここまでいっちゃうとやりすぎな感は否めませんが.

この回答への補足

失礼しました。「H3－X系で三角柱構造」→「H3－X系で三角錐構造」の誤記でした。

補足日時：2014/03/21 04:27

この回答へのお礼

Tacosan様、ご回答ありがとうございました。
HCl、H2Sにも水素結合が存在するんですね。
17族から成る分子の沸点にも着目した場合、HF＞HI＞HBr＞HClの順ですので、要はH－X系やH2－X系で折れ線構造を形成する分子、H3－X系で三角柱構造を形成する分子には水素結合が存在し、ただし水素結合にも強弱があり、水素原子から電子を奪う度合い（この「度合い」の正式名称は分かりません。。。）に応じては、沸点の順が分子量の大小に関わらず入れ替わってしまうと解釈してよろしいのでしょうか？
これは過大解釈でしょうか？

芳香族の水素結合も、核酸のAアデニンとTチミン間や、GグアシンとCシトシン間では有名ですね。

お礼日時：2014/03/21 04:11

No.1 回答者： Saturn5 回答日時： 2014/03/20 07:56

どういう本で勉強されていますか？

10年以上前から6B族という表記はしません。
16族に変わりました。

極性と水素結合を混同されておられます。
極性とは分子中の電子の局在化であり、電気陰性度の
違う原子が結合すれば極性は発生します。
その分子の中で分子の形状によって極性が打ち消されない
ものは、ファンデルワールス力以外にクーロン力が
はたらいて分子間力が大きくなり沸点が上がります。

水素結合とは水素原子がほぼ完全に電子を取られることに
よって、他の分子の非共有電子対と結合することです。
水素原子から電子を完全に奪うことができる原子は
限られており、電気陰性度が大きなF、O、Ｃｌだけです。
ですから16族で水素結合をするのはＨ2Oだけになります。

この回答へのお礼

Saturn5様、ご回答ありがとうございます。

>10年以上前から6B族という表記はしません。

失礼しました。参照した本が古すぎました。直ちに改訂版で確認しました。

すなわち沸点が高い順がH20＞H2Te＞H2Se＞H2Sとなる理由を問われた場合、「H2Te＞H2Se＞H2Sについては、分子間力の大小でこの順になる（分子量の大小）。ただしH2Oに関しては、分子間力より強い水素結合の影響により最も沸点が高くなる。ここで、何故H2Oだけ水素結合が影響するかと言うと、水素結合は水素原子から電子を完全に奪う結合であり、奪える原子はF、O、Clに限られているからである。」となりますでしょうか？

ちなみに、今回は水素と16族から成る分子に限定しましたが、15族から成る分子の沸点がNH3＞SbH3＞AsH3＞PH3となる理由は、奪える原子はF、O、Clに限られているということですので、水素結合とは別に、この順になる理由が存在するのでしょうか？

ご回答をいただきながら、質問を繰り返してしまい申し訳ありません。

お礼日時：2014/03/20 10:09