極性分子と無極性分子の見分け方は？
化学基礎で無極性分子や極性分子の形を暗記する方法は？語呂合わせの覚え方はあるんでしょうか？
極性分子と無極性分子の見分け方は？
化学基礎で極性分子と無極性分子の見分け方について、
そもそも、なぜ極性分子を習うのかというと極性分子は基本的に水に溶けやすく無極性分子は溶けない傾向が重要だからです。
左右のベクトル和が0なのを無極性分子そうでないのが極性分子です。例えばH2であればHの電気陰性度は2.1です2.1同士で引っ張っているので無極性分子です。HClならClは3.5でベクトル和が0ではないので極性分子です。
極端にざっくり伝えると構造が非対称であれば大体極性分子です。
たとえば三角錐の中心に元素が合って、４頂点に何が有るかで見分けられます。
H2Oは、何処に水素が付いていても、付いていない２点が陰性、付いている側が陽性になります。
N2のような同素体は、必ず無極性です。
分子量が大きくなると、イオン化する部分で決まります。
また、水に溶けるなら極性分子、溶けないなら無極性とも判断出来ます。
■原則１
同じ種類の原子による分子は無極性。
例：H2,Cl2
■原則２
別の種類の原子による分子でも、対称形は無極性。
例：CO2,CH4
■原則３
別の種類の二原子分子は極性。
例：HCl,HF
■原則４
別の種類の原子による分子で、偏りのある形は極性。
例：H2O,NH3
■原則５
同じパターンの原子の並びが続く分子は無極性。
例：CH3CH2CH2-・・
■原則６
大きな分子の一部に極性がある場合あり。
例：CH3CH2CH2CH2CH2OH（←このへんだけ）
あくまで原則ですので、例外はもちろんあります。
まずは電気陰性度を周期表で確認しましょう。
右上にいくほどと大きくなります。
例えばCO2
CとOの結合、どちらの方が電気陰性度が大きいか。
⇒Oですよね。
つまり
O＝C＝Oの共有電子対がOに引かれるのです。⇒Oの方が電子を引っ張る力(電気陰性度)が大きいから。
するとCO2は
O←C→O
となりC→Oが引っ張りあっています。
同じ力で綱引きをしているようなものです。
つまり偏っていないのです。
⇒無極性分子
では、塩化水素はどうでしょう？
HーCl
電気陰性度はH＜Cl
つまり電子はClに偏ります。
H→Cl これは偏ってますよね？
そりゃ、力の強いClの方が綱引き勝てます。
これが極性分子です。
ならなぜ水は極性分子なのか？
ご存知と思いますが水は形が折れ線型です。
つまり同じ大きさでOがHから電子をに引っ張っているのですが
引っ張っている方向が一直線上反対向きではなく、斜め反対向きです。
斜めに綱を引きあったらどうなりますか？
互いにどこか移動していきますよね(笑)
つまり若干Oよりに極性があります。
つまり極性分子です。
同様に三角錐形のアンモニアNH3も極性分子ですよね
するとCO2だけでなく塩素 酸素 メタンなどは無極性分子だということがわかるでしょう。
このように電気陰性度=力
で綱引きをさせる感じて考えると良いでしょう。
ただ電気陰性度は希ガスは例外であることを覚えておくことです。
極性分子と無極性分子の形の暗記・覚え方は？
極性分子の覚え方で有名なものは、
超くせえ、アンモニア水、めったに無い。
超くせえ→極性分子
アンモニア→アンモニア
水→水
めった→メタン
に→二酸化炭素
無い→無極性分子
分子の形はVSEPR理論やVB理論といったもので正四面体やらなんやらの形を説明できます。VSEPR理論と電気陰性度の値さえわかれば、分子の形、極性分子かそうでないかは覚えなくてもわかります。
分子の形の区別について、簡単に説明すれば、共有結合にはσ結合とπ結合があり分子を電子式で書いたときに中心の原子にあるσ結合+非共有電子対の数によって形が決まるというのがVSEPR理論です。
共有電子対の部分を-で書くとします。非共有電子対はタイピングできないので言います、、例えばCO2を電子式で書くとO=C=Oです。単結合-はσ結合1つπ結合無し、二重結合の場合=のうちσ結合が1つπ結合が1つです。三重結合の場合はσ結合1つπ結合2つです。ここで注目するのは中心のCです。Cに注目したとき、σ結合2つ非共有電子対0。計2つなのでVSEPR則により直線形と判断できます。
このσ結合+非共有電子対の数によって
2つ→直線形
3つ→正三角形
4つ→正四面体
5つ、、
と判断できます。
もう少し例を出しましょうか。CH4、NH3、H2O、HClは全て中心のσ結合+非共有電子対の数が4つの分子です。電子式は自分でやってみてください。
CH4はそのままCを中心とした正四面体。NH3の場合非共有電子対が1つあるためNを中心とした正四面体ではなくその部分を除いた形になり正三角すい形になります。H2Oも同様にOを中心とした正四面体になるのですが非共有電子対が2つあるためそれを除くと二等辺三角形=折れ線形になります。HClは3つ非共有電子対があるので除くと直線形ということです。電子式を書ければ簡単です。
①中心原子が非共有電子対をもたない場合
電子対の数、分子の構造、例の順で
2,直線形,BeCl2,HgCl2
3,平面三角形,BF3
4,正四面体形,CH4,NH4+
5,三方両錐形,PCl5
6,正八面体形,SF6
②中心原子が一つ以上の非共有電子対をもつ場合
電子対の数、結合電子対の数、非共有電子対の数、電子対の配列、分子の構造、例の順で
3,2,1,平面三角形、屈曲形、SO2
4,3,1,正四面体形、三角錐形、NH3
4,2,2,正四面体形、折れ線形、H2O
③HCl,NOのように異なる元素の原子からなる二原子分子は、双極子モーメントをもつから極性分子。H2,O2,F2のように同じ元素の原子を含む二原子分子は、双極子モーメントをもたないから、無極性分子。3個以上の原子からなる分子は、結合の極性と分子の構造の両方で双極子モーメントが決まる。分子の双極子モーメントは、結合を形成している原子の電気陰性度の差と分子の構造の両方に依存する。
