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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?

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A 回答 (1件)

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。
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この回答へのお礼

分かりやすいご説明ありがとうございました!理解できました。

お礼日時:2004/07/27 18:08

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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

Qアンモニアの双極子モーメントについて

アンモニアの双極子モーメントの方向がわかりません。
N-H間はδ-の原子からδ+の原子へ向かうベクトルということでN→Hとわかるんですが、孤立電子対はどのように考えればいいんでしょうか。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

分子の双極子モーメントは共有結合の電子対が、どちらの原子に引き寄せられているか、すなわち分極の程度で決まります。
アンモニアなら質問にあるとおり、N-H結合電子は窒素原子の方に引き寄せられています。
さて、質問にある孤立電子対ですが、これは窒素原子がもともと持っていたものですよね?
分極が関係してくるには、電子対が他の原子に引き寄せられたり、あるいはその逆に他の原子から電子対を引き付ける必要があります。
しかし孤立電子対はもともと窒素原子の物だったので、アンモニアを形成しても他の原子と共有していませんし、分極に関係してくることもありません。

QCH3ClとCH3Fの双極子モーメント

CH3ClとCH3Fの双極子モーメントについてなのですが、
この二つを比べると、前者はμ=1.87D、後者はμ=1.81Dと
前者の方が大きいのですが、ClとFを比べた場合、
Fの方が電気陰性度は大きいのだから後者の方が極性は
大きくなるのではないのですか?

この理由が判る方、ご説明いただけないでしょうか?

Aベストアンサー

双極子モーメント=電荷(esu)x距離(cm)
C-X結合の長さ(Å)
C-F 1.385
C-Cl 1.784
双極子モーメントの計算式には、距離のファクターが入っております。C-Fの距離はC-Clのそれよりかなり短いので、電気陰性度から見た場合より数値が逆転したものと考えます。

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。
CHF3分子とCF4分子で違うのは、HがFに変わっていることと、C-H結合の双極子モーメントの向きと、C-F結合の双極子モーメントの向きが逆であるということだけです。
3つのC-F結合の双極子モーメントを合成をしたベクトルは、CF4分子は全体で双極子モーメントを持っていないのですから、4番目のC-F結合(合成に使っていないC-F結合)が持っている双極子モーメントと、完全に打ち消し合わなければなりません。数学的な言い方をすれば、逆ベクトルでなければなりません。
ということは、3つのC-F結合の双極子モーメントを合成したベクトルは、大きさが1つのC-F結合の双極子モーメントの大きさに等しく、向きが4番目のC-F結合(合成に使っていないC-F結合)の双極子モーメントの向きと逆を向いていると分かります。
3つのベクトルを合成したからといって、大きさが3倍になることは一般的にはありません。
お分かりいただけたでしょうか。なにぶん、説明が不得手なため、分かり難いかも知れません。
何かありましたら、また遠慮なくお聞き下さい。
では。

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...続きを読む

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。
水分子の中のH-O結合の長さが0.98Åだとすると
その双極子モーメントは何デバイになるのでしょうか?

電荷量×0.97Å=4.66e-18[esu・cm]
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。
実際のH-O結合の結合モーメントは4.66 Dにはならず、
1.51 D程度(化学便覧参考)に留まります。

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、
その絶対量は、

μ/D = 2*1.51*cos(105/2) ≒ 1.84

で与えられます。

Q双極子モーメントについて。

以下のどの分子が双極子モーメントを持つと予想されるか?

1、CCl4  2、CHCl3 3、水  4、CH3OCH3 4、CH3CH3  5、H2

よろしくお願いします

Aベストアンサー

#3です。
回答ちょっとめちゃくちゃになってます。ごめんなさい。
訂正です。

CCl4も対称中心を持ちます。

また、CH3OCH3も水と同じように折れ曲がっているので、対称中心はありません。

したがって、予想は、CHCl3、水、CH3OCH3です。

あと、予想するとすれば、水にいくらかでも溶けるかどうか知っていれば、
溶けるものは極性がある=双極子モーメントを持つ
とでも予想できます。

Q二酸化硫黄 SO2 の構造について

SO2 は配位結合が関係している、と聞いたのですが、どのような構造
になりますか?SO2は配位結合が関係していて、折れ線形で、極性分子だと聞きました。どういうことか、さっぱりわかりません。
すみませんが、詳しく教えてください。

Aベストアンサー

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも二重結合になっていて、配位結合はありません。それに対して、電子式(b)では、片方のSO結合は二重結合ですが、他方の結合が配位結合になっています。

電子式(a)と電子式(b)のどちらが正しいのか?については、少し難しい話になるのですけど、#1さんのリンク先にあるウィキペディアの解説によると、
・二酸化硫黄 SO2 の電子式は配位結合を使わないで電子式(a)のように書くのがよい
・オゾン O3 の構造式は配位結合を使ってO=O→Oのように書くのがよい
ということになります。

「電子対反発則」を使うと、SO2分子が折れ線形になることを、SO2の電子式から説明できます。電子対反発則についての簡単な説明は、ネット検索ですぐに見つかると思います。電子対反発則にそれほど精通しなくても、
・H2Oの電子式から、H2O分子が折れ線形になることを説明できる
・CO2の電子式から、CO2分子が直線形になることを説明できる
ようになれば、SO2分子が折れ線形になることを、電子対反発則から説明できるようになります。

SO2が極性分子になることは、「二酸化炭素 CO2 が極性分子に“ならない”こと」が理解できれば、これらの分子の形から簡単に分かると思います。

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも...続きを読む

Q化学結合における双極子モーメントの求め方

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?

Aベストアンサー

#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。

#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...続きを読む

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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