10年生

分子間力（ファンデルワールス力・水素結合）

ロンドン分散力・双極子間相互作用・水素結合は沸点、融点、溶解性に影響する。分子間の作用であり分子内共有結合とは異なる。

直観直観：粒子と変化

水は表面で水滴をつくり、同程度の小さな分子より高い温度で沸騰する。分子間引力がこうした現象を説明する。

各分子は1個のH原子を隣の分子の酸素の孤立電子対に向ける。環を回転させて水素結合を立体的に見よう。

水分子（折れ線形、AX₂E₂）：酸素の孤立電子対が隣接水分子からの水素結合を受け入れる。

定義: 要点

分子間力は別々の分子や粒子の間に働く引力である。通常は共有結合より弱いが、多数が集まると巨視的性質を大きく左右する。

ロンドン分散力は電子分布のゆらぎから生じ、すべての原子・分子に働く。分極率が大きいほど、また接触面積が大きいほど強まる傾向がある。

\ce{H-O-H\bond{...}O-H}

例: 例題

小さな分子である水の沸点が高いのはなぜか。

解答

水分子は多数の水素結合をつくる。沸騰では分子が網目から離れるが、分子内の共有結合O–Hは切れない。

例: もう一題

NH₃（M=17）は−33 °C、PH₃（M=34）は−88 °Cで沸騰する。なぜか。

解答

NH₃は分子間に水素結合があるが、PH₃は弱い分散力のみ。PH₃は重いのに分子間引力は弱い。

永久双極子同士も引き合う。水素結合は、N・O・Fに結合したHが、別のN・O・F上の孤立電子対と相互作用する方向性の強い相互作用である。

メタン(CH₄)、アンモニア(NH₃)、水(H₂O)、フッ化水素(HF)を比べると、水素結合を持つ3物質は同等質量の隣接物よりずっと沸点が高い。

より深い段階では、関与する粒子と不変量に基づいて観察を整理する。電荷・電子密度・粒子数を表すモデルのうち、測定事実を説明できる最小のものを選ぶ。

例: 計算・応用例題

ブタン（C₄H₁₀、沸点−0.5 °C）がプロパン（C₃H₈、沸点−42 °C）より高沸点なのはなぜか。

解答

ともに無極性でロンドン分散力のみが働く。ブタンのほうが電子数が多く分子鎖が長いため（接触面積が大）、分散力がより強くなる。