KIMIKA!|基礎から学ぶ高校化学

極性

約 6 分
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極性とは


極性とは、「原子間での電子のかたより」のことだ。

例えば、共有結合しているHClは、共有している電子(=共有電子対)は塩素側にかたよっている。

では、この「かたより」はどのようにして生まれるのか。
それを解説していこうと思う。

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極性と電気陰性度

極性が生じる主な原因は「電気陰性度」だ。

電気陰性度というのは、「自分のほうに電子を引きつける強さ」を数字で表したものだった。
(忘れてたら電気陰性度とは?周期表での傾向から極性との関係、求め方、希ガスの値まで!をみてね)

電気陰性度は周期表で右上に行くほど大きくなるんだったから、HとClだと、Clの方が大きい。
よって、HClでは、HよりClの方に電子が引きつけられるわけだ。

また、電子をより引きつけている方(Cl)は「マイナスの電荷」を、電子を引きつける力が弱い方(H)は「プラスの電荷」を帯びているということも把握しておこう。

電子が「マイナスの電荷」を帯びていることを考えると、当然だよね。電子がより近い方がマイナスに、より遠い方がプラスに帯電する。

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極性の打ち消し


ここまでの説明で、このような疑問をもった人は多いんじゃないかな。

「電気陰性度の違いが理由なら、ほとんど全ての分子に極性が生じているんじゃない?」

だいたいの分子は違う原子同士がつながっているからね。こう思う人が多いのは当然だね。

しかし、「ある2つの原子間で極性が生じていても、分子全体でみたら極性がない」という場合があるんだ。

例えば、二酸化炭素(O=C=O)について見てみよう。

二酸化炭素の「C」と「O」の間には確かに極性がある。

電気陰性度の大きいOのほうに電子がかたよっており、Oはマイナスの、Cはプラスの電気を帯びている。

しかし、二酸化炭素の分子中にO=C結合は2つあるよね。

2つあるから、「電気的なかたよりが左右で打ち消されてしまう」んだ。

これにより、分子全体では無極性、つまり極性がないということになる。

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極性と分子の形

分子にはそれぞれ「形」があり、形の決定には極性が深く関わっている。
ここでは、二酸化炭素(CO2)・水(H2O)・メタン(CH4)・アンモニア(NH3)を例に説明していこうと思う。

二酸化炭素


二酸化炭素については、先ほども少し触れたよね。

CとOの電気陰性度には差があり、結合に使われている電子はより電気陰性度の高いO側に引きつけられている。(=極性有り)

しかし、CとOの結合は左右両方にあるため、極性が打ち消されて、分子全体としてみたら「無極性」になるんだったね。

また、Cにくっついている2つのOは左右対称であるため、1つのCと2つのOは「一直線上」に並ぶ。
従って、二酸化炭素分子の形は「直線」となる。


水は一見、二酸化炭素と同じ「直線の無極性分子」に見えるかも知れない。

OとHの電気陰性度に差はあるけれど、「左右に結合があるため極性が打ち消されて、分子全体としては無極性」って感じじゃないかなと思うよね。

しかしこれ、実は大間違い。

水は代表的な「極性分子」なんだ。

Oの価電子は全部で6コ。しかし、Hとの結合に使われているのは左右合わせて2コだよね。残りの4コはどこにいったのだろうか。

そう。「非共有電子対」として存在しているんだ。

上の図のように、余った4つの電子が「2コで1セット」になって2組の非共有電子対を形成している。

非共有電子対を形成している電子は「かなり広範囲を動き回る」という性質をもつ。

その結果、非共有電子対によってO-H結合が押されて、曲がった形になってしまうんだ。

このように、水はHとOの結合が2つあるものの、その2つが直線上に並んでいるわけではないので、電荷のかたよりが打ち消されずに「極性分子」となる。

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メタン


メタンは1つの炭素原子に4つの水素原子がくっついてできている。

点線はHが奥にいっていて、太い線はHが手前に飛び出ていることを示している。

この形は「正四面体」といい、Cから4方向均等にHが出ている状態だ。CとHは電気陰性度が異なるので、当然極性が生じているが、4つの方向に均等に結合があるため、極性は打ち消され分子全体としては「無極性」となる。

アンモニア


アンモニアは、1つのN原子に3つのH原子がくっついてできている。

メタン同様3つの原子が3方向均等に出ていれば極性は打ち消されるが、アンモニアは均等にはなっていない。

アンモニアには非共有電子対が1つ存在する。

従って、水のところでやったように、N-H結合が非共有電子対によって全体的に下方向に押されてしまうため、極性が打ち消されることはない。
結果として、形は「三角錐型」となる。

極性と分子の形まとめ

  

極性
塩化水素 あり 直線
二酸化炭素 なし 直線
あり 折れ線
メタン なし 正四面体
アンモニア あり 三角錐

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