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理論化学(3)大学入試対策[電子親和力、電気陰性度、化学結合など]

投稿日:9月 23, 2021 更新日:

・問題1 それぞれの語句の意味を思い出す(イオン化エネルギー、電気陰性度、極性など)

(問題1)問1 イオン化エネルギーと電子親和力をそれぞれ説明せよ。

問2元素の性質には周期律が成り立つ。その理由を簡潔に説明せよ。

問3電気陰性度は何か。また電気陰性度の最も大きい元素名を示せ。

問4水分子は全体として極性を示す。一般に分子が極性を示すための条件を2つ挙げよ。

問5次の結合について、原子間の電荷の偏り(極性)が2番目に大きいものはどれか?

↓解答および解説

(解答)問1 イオン化エネルギー→気体状の原子から電子を一つ取って一価の陽イオンにするのに必要なエネルギー。

電子親和力→気体状の原子に電子を一つ与えて一価の陰イオンとしたときに放出されるエネルギー。

問2 原子番号の増加と共に価電子の数が周期的に変化するから。

周期表では右上の元素ほど、最外殻の電子と原子核の間のクーロン力が高まるのでイオン化エネルギーは大きくなり、原子半径は小さくなる。

クーロン力は簡単に言うと二つの粒子間に働くちからだにゃ。このクーロン力は粒子間の距離が近いほど大きくなるにゃ。ということは電子と原子核が近いときはクーロン力が大きく結びつきが強くなるのでこれをイオンにするには大きなエネルギーがいる=イオン化エネルギーが大きいといえるにゃ。

問3 電気陰性度→2つの原子が共有結合を形成したときにそれぞれの原子が共有電子対を引きつける強さの尺度を表した数値である。(元素名)フッ素

問4 (1つ目)分子の形を考慮したときに、分子全体として結合の極性を打ち消し合わないこと。

(2つ目)異種の原子同士が共有結合して、結合が極性をもつこと。

問5 電気陰性度の大きさに着目するとF>O>N>C>Hの順に大きい。とうことは極性が大きいということである。よっO-Hが2番目に大きい。ちなみに一番はF-H。

(少し復習)
元素の周期律は、原子番号の増加と共に原子の価電子の数が周期的に変化することと関係している。最外殻の電子殻が同じである元素の間では、原子番号順に原子核の陽子が多くなり、最外殻電子に対する原子核の正電荷の電気的引力が強くなる。その結果、原子半径が少しずつ小さくなり、原子から一個の電子を取り去り、陽イオンを作り出すために必要なイオン化エネルギーは途中で逆転しているところもあるが、全体としては原子番号と共に大きくなる。従って、周期表の左方向にある元素ほどイオン化エネルギーが小さくなり、陽イオンになりやすい。一方、原子が1個の電子を受け入れ、陰イオンになるときに放出するエネルギーを電子親和力といい、そのエネルギーの大きい原子ほど陰イオンになりやすい。共有結合をしている原子が共有電子対を引きつける強さを表す尺度が電気陰性度である。


・問題2  極性があるかないかを考えよう

(問題2)主な元素の電気陰性度を見て、次の①から③の問いに答えよ。(九州大改)

①次の化合物から(i)イオン結合性の強い物(ii)共有結合性の強い物をを一つづつ選び答えよ。

元素記号(電気陰性度)
K(0.8), Na(0.9), Ca(1.0), Mg(1.2), H(2.1), C(2.5), S(2.5),
I(2.5), Br(2.8), Cl(3.0), N(3.0), O(3.5), (4.0)

(ァ)塩化ナトリウム、(イ)ヨウ化水素、(ウ)臭化水素、(エ)酸化カルシウム、(オ)塩化水素

②水と硫化水素を比較すると、分子の極性はどちらが大きいか?。分子式で答えよ。ただし両者の結合角は等しいとする。

③次の分子の内、極性分子はどれか?全て選び記号で答えよ。

(1)PH3(2)CO2(3)HCl(4)CCl4

↓解答および解説

(解答)①(i)CaO ,(ii)HI,②H2O,③(1)、(3)

①(i)と(ii)について 2原子関の電気陰性度の差が大きいほど、結合の極性は大きくイオン結合性が大きい。反対に電気陰性度の差が小さいほど、共有結合性は大きい。よって差から計算する必要がある。


・問題3 構造式を解いていこう

(問題3)次の分子の中で三重結合を持つ化合物を答えよ。(金沢医科大改)

(1)アセチレン(2)アンモニア(3)エチレン(4)シアン化水素(5)メタン(6)過酸化水素(7)窒素

(解答)(1)、(4)、(7)

(少し基礎的な復習)
化学結合は一般に結合にあずかる価電子の役割の違いによってイオン結合、共有結合、配位結合、金属結合に分類される。化学結合には水素結合やファンデルワールス力(分子間力など結合力の弱いものは含めない。化学結合の本質は価電子の授受によってできる陽イオンと陰イオンとの間に働くクーロン(静電気)力である。これに対して共有結合は結合する原子同士が違いに同数の価電子を出し合いこれを共有することによって形成される。配位結合は結合にあずかる価電子が一方の原子のみから提供される点が共有結合と異なるだけでありいったん結合が完成するともはや両者には本質的な違いはない。アンモニアの窒素原子の非共有電子対と水素イオンが配位結合してできるアンモニウムイオンの4本のN-H結合は全く同等で区別することはできない。

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