化学における極性結合の定義と例

原子を結合する化学結合には、イオン結合、共有結合、金属結合の 3 つの基本的なタイプがあります。さらに、共有結合は、結合に関与する電子の数、電子の起源 (電子が 1 つまたは両方の原子に由来するかどうか)、およびそれらの周りの電子密度分布の均一性に応じて、いくつかのクラスに分類できます。 . 極性結合は、原子が異なる電気陰性度を持っているため、電子を均等に共有しないタイプの共有結合として定義されます 。

共有結合とは、2 つの原子間で 1 つまたは複数の価電子対が共有され、2 つの原子が結合している結合であることを覚えておく必要があります。

それらが極性結合と呼ばれる理由は、このタイプの結合では、電子密度が電気陰性度の高い元素に向かってわずかにシフトするため、部分的に負の電荷 (記号 δ- で表される) を獲得し、他の原子は負の電荷を獲得するためです。部分的に正の電荷 (記号 δ+ で表されます)。このように見ると、リンクにはプラス極とマイナス極があるため、リンクは電気双極子です。

極性結合と電気陰性度の違い

原子の電気陰性度は、別の原子と化学的に結合したときに電子を引き付ける能力を表す数値です。この特性は、フランシウムの 0.65 からフッ素の 4.0 までのスケールで測定されます。フッ素は、それぞれ最小および最大の電気陰性度の元素です。

電気陰性度は化学結合と密接に関連しており、実際、多くの場合、異なる元素の 2 つの原子間に形成される結合のタイプを決定します。差が大きければイオン結合、差が小さかったり差が無ければ共有結合となります。しかし、差が中間であれば、極性結合が存在することになります。

しかし、これは非常に重要な問題を提起します: 違いがイオン結合を定義するのに十分大きいか、純粋な共有結合を定義するのに十分小さいかをどのように知ることができますか?

イオン結合と共有結合の性質が急激に変化するのではなく、徐々に変化するという事実を考慮すると、一方のタイプの結合と他方のタイプの結合の間の境界はいくぶんぼやけています。ただし、化学者は、極性共有結合とは何かをより明確に定義できる次の規則を確立しました。

極性結合と双極子モーメント

極性結合が電気双極子であることはすでに明らかにされています。電気双極子は、双極子モーメントと呼ばれるものによって特徴付けられます。これは、電気陰性度の低い原子から電気陰性度の高い原子を指すギリシャ文字 μ (ミュー) で表されるベクトルです。

双極子モーメントの大きさは、極の電荷と双極子の長さ (この場合は結合の長さ) の積によって与えられます。極性結合の場合、双極子モーメントは結合した 2 つの原子間の電気陰性度の差に比例します。

極性結合と極性

分子に極性結合が 1 つしかない場合、分子全体として双極子モーメントがあり、分子は極性であると言われます。極性は、さまざまな溶媒への溶解度、融点、沸点などの特性を決定するため、分子化合物において非常に重要な特性です。

ただし、極性結合を持っているという事実は、分子が極性であることを保証するものではないことに注意してください。分子に複数の極性結合がある場合、分子の全極性は、すべての極性結合の双極子モーメントの合計によって与えられます。これらの双極子モーメントはベクトルとして加算されます。このため、異なる極性結合の双極子モーメントが互いに打ち消し合い、分子自体は極性結合を持っているにもかかわらず非極性になる場合があります。それらがキャンセルされない場合、分子は極性になります。

極性結合の例

極性結合は、ほとんどの場合、非金属元素間で発生します。一般に、周期表上で離れているほど、2 つの原子間の電気陰性度の差が大きくなるため、結合の双極子モーメントが大きくなります。つまり、結合の極性が高くなります。

有機化学で非常に頻繁に発生する代表的な極性結合の例を次に示します。

OH結合

OH結合を持つ分子化合物はたくさんあります。もちろん、最も悪名高いのは水で、その分子式は H ₂ O で、2 つの OH 結合を持っています。ただし、アルコール、フェノール、カルボン酸など、このタイプの結合を持つ化合物は他にも無数にあります。

酸素と水素の電気陰性度の差は1.24なので、

COリンク

CO 結合は、アルコール、エーテル、酸などを含む多くの有機化合物におけるもう 1 つの非常に一般的な例です。炭素と酸素の電気陰性度の差は 0.89 です。この結合はエーテルの極性の原因であり、他の多くの化合物の極性の部分的な原因です。

CNリンク

アミン、アミド、および DNA やすべてのタンパク質を含む無数の他の化合物には、複数の CN 結合が含まれています。電気陰性度の差が 0.49 あるこの結合は、極性結合と非極性共有結合の境界線に近いものです。

ＮＨリンク

窒素と水素の電気陰性度の差は 0.84 であり、これはかなり極性のある結合になります。実際、この結合の分極は、窒素に結合した水素が、水素結合と呼ばれる 3 つの原子核間の特別なタイプの共有結合の一部を形成できることを意味します。これは、それらを形成できる化合物の多くの特性に関与しています。

C=O結合

これは、共有結合の極性が結合順序とは独立した概念であるという事実を強調する重要な例です。結合は、単結合、二重結合、三重結合のいずれであっても、極性または非極性である可能性があります。

これを考慮すると、C=O 結合は二重結合であるにもかかわらず、依然として極性があります。ただし、要素の電気陰性度は混成に依存するため、極性に違いがあります。この場合、炭素と酸素の両方が sp ²混成されているため、どちらも電気陰性度が高くなりますが、両者の電気陰性度にはまだ差があります。

HF リンク – ルールの例外

前述のように、共有結合とイオン結合の境界はあいまいであり、電気陰性度の違いによる極性結合の定義には例外があります。非常に一般的なものは、フッ化水素または HF です。

この化合物の場合、電気陰性度の差は 1.78 です。これは、前の定義によれば、イオン性化合物内に HF を配置します。ただし、化合物をイオン性または共有結合にするのは、電気陰性度の違いだけでなく、（実際には主に）その物理的および化学的特性も異なります.

イオン結合は、非常に強く、非常に高い融点と沸点を持つ結晶性固体を生成するという特徴があります。ただし、HF は沸点がわずか 19.5 ºC であるため、室温では気体です。1,465 ºC である塩化ナトリウムの沸点と比較してください。

また、HFは、イオン化合物の場合のように非金属と金属ではなく、2つの非金属で構成されています。これらの 2 つの理由から、水素とフッ素の電気陰性度の大きな違いにもかかわらず、HF は極性共有結合化合物と見なされます。

SH リンク – その他の例外

SH 結合は、電気陰性度の差の条件を満たさないにもかかわらず、極性があると見なされる共有結合の例です。この場合、差は 0.38 であり、非極性の共有結合のグループに分類されますが、化学者は結合が実際には極性であることに同意しています。