双極子モーメントの求め方について

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質問者：sa2004
質問日時：2004/06/21 12:41
回答数：3件

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。

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回答 (3件)

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No.2ベストアンサー

回答者： KENZOU
回答日時：2004/06/21 17:54

＞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/l …

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この回答へのお礼

質問にお答えいただき、ありがとうございました♪参考URLも拝見させていただきました。これからわからないことがたくさん出てくると思うので、活用させていただきます★
このURLで双極子モーメントについて少しわかったような気がします。
しかし、双極子モーメントの大きさを比べるのになんかヒントがないと比べられないと思うのですが、原子同士の原子番号の差が大きいほうが双極子モーメントが大きいと考えてよろしいのでしょうか？

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お礼日時：2004/06/21 20:56

No.3

回答者： 38endoh
回答日時：2004/06/21 21:31

> 原子同士の原子番号の差が大きいほうが双極子モーメントも大きいように

原子半径の差が大きいから，そう見えるのでしょうね。つまりｒの寄与。しかし，双極子モーメントがｒだけで議論できないのは，その定義式が示している通りです。

ｑの寄与で，σ結合を通した電荷の偏りは電気陰性度である程度議論できます。有機化合物でら共役系を通した電荷の偏りもあり（メソメリー効果），この場合はｑもｒも大きくなるので，双極子モーメントはとても大きくなります。

あと，勉強で分からないことがあったら，なるべく自分で調べるようにしましょう。特に，化学辞典（東京化学同人）や理化学辞典（岩波）などは，買っておいて絶対に損は無いです。大学で課せられるあらゆる課題（実験レポートを含む）は，この二冊さえあれば大抵済みますよ。

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この回答へのお礼

度々ありがとうございました。（＞＜）
参考書まで教えていただき、本当にありがとうございます★
化学辞典と理化学辞典探してみます♪

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お礼日時：2004/06/23 20:22

No.1

回答者： 38endoh
回答日時：2004/06/21 13:57

ご提示の式は「電気双極子モーメントとは何か？」を理解するための定義式ですね。

実際にこの式を用いて電気双極子モーメントを計算することは，まずないです。

例えばコンデンサーの電極間に試料を入れて誘電率を測定し，それからクラウジウス‐モソッティの関係式等を用いて電気双極子モーメントを算出，もし分子構造が分かっていれば長さが分かるので，（定義式を逆に用いて）電荷も分かる。というのが実際の流れでしょう。

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この回答へのお礼

質問に答えていただき、ありがとうございました★
双極子モーメントを計算するということはないのですね。。。勉強になりました♪式が出てきたので、ついつい当てはめる数字を探してしまいました。。。
しかし、双極子モーメントの大きさというのはどのようにわかるのでしょうか？私は問題を解いていて、原子同士の原子番号の差が大きいほうが双極子モーメントも大きいように思えるのですが合っているでしょうか？

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お礼日時：2004/06/21 20:44

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１デバイ＝1x10e-18より
4.66デバイ

とすると何かまずいことありますか？
結合角が１０５度あるのでそのままでいいのか不安です。

Aベストアンサー

二つ重要な間違いがあります。

間違いその１．水分子内で、水素原子が完全にH+へ、
酸素原子が完全にO2-へ分極していると仮定して計算しています。
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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。
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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
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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。

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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。

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ここのサイトの
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=899605
をご覧になってください。#1の38endohさんが答えられています。

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どうぞよろしくお願いいたします。

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No1 の回答の式より
　Ｅ = hc/λ[J]
　　 = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら　Ｅ = hc×10^9/eλ　です。
あとは、
　h = 6.626*10^-34[J・s]
　e = 1.602*10^-19[C]
　c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
　E≒1240/λ[eV]
となります。

＞例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
＞合っているのでしょうか？
λに 540[nm] を代入すると
　E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

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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。

　