質問: 化学の問題(沸点の高い物を選ぶ問題)が分かりません。 化学の問題で、 1.hi 2.hcl 3.hf 4.hbr で3.が一番沸点が高い理由がわかりません。 3.が水素結合だということは分かるのですが、 2.にはクーロン力が働いてますよね? クーロン力>水素結合なら答えは2.にならないのでしょうか? 最近習った事なので理解が浅くよくわからないので、 高校の化学の範囲で教えていただけるとありがたいです。
回答: > 化学の問題で、 > 1.hi 2.hcl 3.hf 4.hbr > で3.が一番沸点が高い理由がわかりません。 理由は、高校の化学の範囲の中にはないです。というのは、ハロゲン化水素の沸点の順序は、水素結合の大きさとファンデルワールス力の大きさとの微妙なバランスで決まっているからです。ファンデルワールス力だけを考えると沸点の高さは hf < hcl < hbr < hi (ファンデルワールス力だけ) の順になります。hfが水素結合をつくることをこれと合わせて考えると、hfの沸点が高くなるので、沸点の高さは hf > hcl < hbr < hi (ファンデルワールス力と水素結合) のようになります。hclの沸点が最も低くなることはいえますけど、hfの沸点とhiの沸点のどちらが高くなるのかは、この不等式からは分かりませんから、高校の化学の範囲の中には理由がない、ということになります。 http://www.keirinkan.com/kori/kori_chemistry/kori_chemistry_2_kaitei/contents/ch-2/1-bu/1-1-2.htm の中ほどにある表「分子量と融点・沸点」と図「水素化合物の融点・沸点」をみると、実験値は hfの沸点= 19.5°C > -35.1°C = hiの沸点 ですから、たしかにhfの沸点のほうがhiの沸点よりも高いことが分かります。しかし、だからといって「水素結合はファンデルワールス力に比べてずっと大きいから、ファンデルワールス力の影響など考えなくてもいいのだ」ということにはなりません。第15族元素の水素化物の沸点を同じ図と表で調べてみると nh3の沸点= -33.4°C < -17.1°C = sbh3の沸点 のようになっていて、nh3の沸点のほうが低いことが分かります。また、融点を調べてみると、それぞれ hfの融点=-83°C < -50.8°C = hiの融点 nh3の融点= -77.7°C > -88°C = sbh3の融点 ですから、不等号の向きが逆転しています。これらのことから、「ハロゲン化水素の沸点の順序は、水素結合の大きさとファンデルワールス力の大きさとの微妙なバランスで決まっている」ということが分かると思います。 > 3.が水素結合だということは分かるのですが、 > 2.にはクーロン力が働いてますよね? クーロン力を極性分子に働く力と解釈するのは、“とりあえず”止めましょう。まずは教科書にあるように、イオンとイオンの間に働く力がクーロン力だ、という理解から始めましょう。 > クーロン力>水素結合なら答えは2.にならないのでしょうか? イオンとイオンの間に働く力がクーロン力だ、と考えれば確かに「クーロン力>水素結合」なのですけど、hiにもhclにもhfにもhbrにもイオンは含まれていないので、クーロン力は今の場合は考えなくていいです。 クーロン力を極性分子に働く力だと考えると「クーロン力>水素結合」にはなりませんし、またhfもhclと同様に極性分子ですから、答えは2.にはなりません。だからといって、hf>hcl>hbr>hiと考えられるほど単純な話ではない、ということは上で述べたとおりです。 水素結合もファンデルワールス力も“もとをたどれば”クーロン力だよ、という考え方は確かに正しい考え方なのですけど、この考え方は「クーロン力>水素結合」というシンプルな理解とは相容れないものですから、高校化学の基礎固めが終わるまでは、とりあえず忘れていてもかまわないです。