分子間力、分子内力

分子間力

分子間力とは、隣り合う分子、原子、その他の粒子の間に働く力のことです。これらの力には、引力と斥力がある。分子間の引力は物質同士を結びつけるので、**かさばる物質には重要である。すべての分子の間には分子間力があり、その力には弱いものと強いものがある。分子間力には、下図のようなさまざまな種類がある。

-水素結合

-イオン双極子力

-ダイポール -ダイポール

-イオン誘起双極子

-誘導ダイポール

-ロンドン／ディスパースド・フォース

極性結合は、水素がフッ素、酸素、窒素などの負電荷を帯びた原子に結合することで起こります。電気陰性度のため、結合中の電子は水素原子よりも負電荷を帯びた原子に引き寄せられやすくなっている。その結果、水素原子は部分的に正の電荷を帯び、負の電荷が多いほど部分的に負の電荷が生じる。電荷が分離した2つの分子を近づけると、水素と負電荷の原子の間に引力が発生する。この引力は、水素結合と呼ばれている。分子によっては、電気陰性度の違いにより電荷分離が起こることがある。その結果、これらの分子は双極子を持つことになる。イオンが近接すると、イオンと分子の反対側に帯電した端との間にイオン双極子力と呼ばれる静電的相互作用が形成される。ある分子のプラス端と別の分子のマイナス端が近接したとき、2つの分子の間に静電的な相互作用が形成されることがある。これは双極子-双極子相互作用として知られている。H2、Cl2のような対称的な分子には、そこに電荷分離がないものもある。しかし、これらの分子の中では、電子は常に動いている。そのため、電子が分子の一方の端に移動すると、分子内部ですぐに電荷を分離することができます。電子は、端に一時的にマイナスの電荷を持ち、もう一方の端にプラスの電荷を持つことになる。この一時的な双極子が隣接する分子の双極子を誘起し、その後、逆極同士の相互作用が起こる可能性がある。このような相互作用は過渡的双極子相互作用と呼ばれる。これはファンデルワールス力であり、個々にはロンドン分散力と呼ばれている。

分子内力

分子や化合物を構成する原子の間に働く力である。原子をつなぎ合わせ、分子が壊れないようにしているのです。分子内力には、共有結合、イオン結合、金属結合の3種類がある。

電気陰性度の差が同じか非常に小さい2つの原子が反応すると、電子を共有することで共有結合を形成する。また、原子は電子を得たり失ったりして、それぞれマイナスやプラスに帯電した粒子を形成することができる。この粒子をイオンと呼びます。イオン間には静電的な相互作用がある。イオン結合は、これらの反対に帯電したイオンの間の引力である。金属は外層で電子を放出し、この電子は金属の陽イオンの間に分散している。そのため、「飛び出した電子の海」とも呼ばれている。電子と陽イオンの静電的相互作用は金属結合と呼ばれる。