水における水素結合とは? わかりやすく解説

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水における水素結合

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/06/21 06:26 UTC 版)

水素結合」の記事における「水における水素結合」の解説

最も普遍的に、そしておそらく最も単純な水素結合の例は、水分子水分子の間に見られる個々水分子には、2個の水素原子と1個の酸素原子存在する2つ分子しか存在しない最も単純な場合において、2分子は1個の水素結合形成できるこのような場合は、二量体 (water dimer) と呼ばれ、しばしばモデルシステムとして用いられる液体の水場合のように、より多く分子存在する時は、1分子酸素原子2つ非共有電子対持ちそれぞれの非共有電子対別の水分子水素原子1つ水素結合形成できるため、より多く水素結合形成することが可能である。これが繰り返されることによって、図に示されているように、一つ水分子4つまでの他分子水素結合形成できる水素結合は氷の結晶構造多大な影響与えており、六方格子構築寄与している。氷の密度は同じ温度においてよりも小さく故に、他のほとんどの物質とは異なり水の固相状態は液体の水に浮く。 液体の水の高い沸点は、低い分子量比べてそれぞれの分子多く水素結合形成できることが原因である。この水素結合ネットワークを壊すことが困難なため、は他の水素結合形成しない同様の液体比較して、非常に高い沸点融点粘度を示す。は、その酸素原子2つ非共有電子対2つ水素原子持っているため、1つ水分子4つまでの水素結合形成できる点で特徴的である。例えば、フッ化水素は、フッ素原子3つの非共有電子対1つ水素原子持っているが、水素結合2つしか形成できないアンモニアでは、3つの水素原子持っている1つ非共有電子対しかないという逆の問題がある)。 H − F ⋅ ⋅ ⋅ H − F ⋅ ⋅ ⋅ H − F {\displaystyle {\ce {H-F^{...}H-F^{...}H-F}}} 液体状態の1分子形成できる水素結合厳密な数は、時間によって変動し温度依存する。TIP4Pモデル用いた25 °Cにおけるシミュレーションでは、それぞれの水分子平均して3.59個の水素結合関与していると予測されている。100 °Cでは、この数は分子運動増大密度低下によって3.24個に減少するが、0 °Cでは水素結合平均数は3.69個に増加する。より最近の研究では、25 °Cにおける水素結合の数は2.357個とかなり少なく見積もられている。この違いは、水素結合の定義と計測異な手法用いているためではないか考えられる水素結合強さがより同等の時は、2つ相互作用してる水分子原子は、2つ異な電荷を持つ多原子イオン水酸化物イオン OH− とヒドロニウムイオン H3O+)に別れる。 H − O − H 3 O + {\displaystyle {\ce {H-O^{-}H3O^{+}}}} 実際に標準状態における純粋なでは、このようなイオン形成はほとんど起こらず、この状態における水の解離定数に従うと、5.5 × 108分子中で1分子のみである。これが水の特異性の最も重要な部分である。

※この「水における水素結合」の解説は、「水素結合」の解説の一部です。
「水における水素結合」を含む「水素結合」の記事については、「水素結合」の概要を参照ください。

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