Question

ひよこ丸(鷹)

カルボン酸の二量体について
問題集にて、「カルボン酸の分子量の実験による測定が実際のカルボン酸の分子量より大きかった。その理由を示せ」といった問題がありました。
解答としてはカルボン酸は「水素結合によって」二量体を形成するから。とありました
しかし、そもそも「気体」とは分子間の結合を完全に断ち切った状態だと教わりました。つまり水素結合も気体になれば断ち切れるような気がするのです。したがって、気体状態にもかかわらず、分子間結合である水素結合を伴う二量体が存在していることに違和感を感じます。
この違和感を解決してくださる方を探しています
よろしくお願いしますm(*_ _)m

Answer 1

✨ Best Answer ✨

sho

分子間力のなかでも、水素結合とファンデルワールス力は分けて考えます。
水素結合は分子間力の中ではとても強いエネルギーです。一枚目の画像をみてもらえば分かると思いますが、青線のグラフ、H2OとH2Sの沸点は前者の方が極めて高い。本来なら分子量が大きい方が本来沸点が高くなるはずなのにここに至っては思い切り逆転してる。水素結合の影響とは極めて大きいものです。
さて、本題に入りますが酢酸を例あげてみると、二量体は二枚目に記した形を取っています。酢酸が純粋な液体状態だとまわりに支えるものがないので自身で支えあって自己解決する。なので酢酸は二分子が結合した状態で安定化しています。これは水素結合なので極めて強く結びついている。そしてこの固まりがファンデルワールス力によって縛られて液体として存在していると考えます。
酢酸が一分子ずつ気相に出る為にはファンデルワールス力だけでなくこの水素結合もバラす必要がありますが、ただ気相に出るだけでいいのであればファンデルワールス力さえクリアすれば良いので、あとは二分子のまま飛ばしていけるエネルギーさえあれば揮発する事が可能になります。気相に飛び出す力より、気相で安定化しているものを切るほうが莫大なエネルギーが必要となりますので。
後はその実験の環境次第です。分子のエネルギーの持ち方はバラ付きがありますし、絶対に二量体だけが揮発するわけでもなく、単量体との混合になる事もあります。当然、十分なエネルギーを与え続ける事が出来れば全て単量体として揮発も可能です。

ひよこ丸(鷹)

おお…(感激)納得です!!
なるほど…「気相に飛び出す力より、気相で安定化しているものを切るほうが莫大なエネルギーが必要」
がポイントでやはりそこには、分子間力内の「ファンデルワールス力と水素結合の強さの差」が起因しているんですね
すごく丁寧に答えていただき、本当にありがとうございましたm(*_ _)m