化学
高校生

高校化学の問題です。
問1の答えがわかりません😭
受験まて残りわずかです、困っています。
どなたか優しい方教えて頂けませんでしょうか。

宿主とは①1 遠心分離とは①[ 問7 結合と極性ボト 電気陰性度, 化学結合, 極性 ニ DNAやRN 明の泉を防 解答・解説 p.20 化学基礎・化学 異なる原子からなる二原子分子 (異核二原子分子)では,一般にイオン結合と共有結 合の両方の寄与がみられる。 NaCI, HCI 分子がその例である。2種類の原子の「電子 を引き寄せる力(電気陰性度)」 が異なるので,一方がやや負に,他方がやや正に帯電す る。これを分極とよぶ。分極が進みイオン結合の寄与が増大すると結合はより強固な ものになっていく。 「電子を引き寄せる力」の目安として、イオン化エネルギー(原子から電子を奪いと るのに要するエネルギー)と電子親和力 (原子が電子をとり込んで安定化するエネルギ - ) を使うことができる。どちらも核が外殻の価電子をどれだけ強く引きつけている かを反映している。このような観点からマリケンは,イオン化エネルギーと電子親和 力の和を用いて電気陰性度 に 90 イオン半径 原子半径 を定義した。 ここで電気陰 Na+ 1.16 Na 1.86 性度の差は、二原子分子の F- 1.19 F 0.72 「分極の大きさ」の指標に なると考えられる。 CI 0.99 C|¯ 1.67 1.14 Br¯ 1.82 Br 化学結合の強さは,分子 内の結合を切断し原子状に するのに必要なエネルギー である解離エネルギーの大 きさではかることができる。 解離エネルギーに対するイ オン結合の寄与の目安とし て、実測の解離エネルギー から 「共有結合のみに由来 する仮想的な解離エネルギ -」を差し引くという方法 がある。 このような観点か ポーリングは, 「異核二原 子分子の解離エネルギー」 から 「それぞれの核からな る等核二原子分子の解離エ ネルギーの平均値」を差し 引いたもの(次ページの(1) 表1 ナトリウムとハロゲンの原子半径とイオン半径 〔×10-10m〕 元素 Na H F CI Br 1.0 電気陰性度 表2 ナトリウム, 水素, ハロゲンの電気陰性度 2.7 3.9 3.1 2.9 (マリケンの定義による) 化合物 H-F H-CI H-Br 解離エネルギー 表3 異核二原子分子の解離エネルギー [kJ・mol-'] 565 431 366 化合物 H-F H-CI H-Br 1.82 化合物 H-H 解離エネルギー 436 式に示す⊿)の平方根を用 いて電気陰性度の差を定義した。 F-F CI-CI Br-Br 155 243 表5 等核二原子分子の解離エネルギー [kJ・mol'] 194 双極子モーメント 表4 ハロゲン化水素分子の双極子モーメント(デバイ) (注) (注) 距離ヶだけ離れた+g および -g の2つの電荷に対して 双極子モーメントの大きさ(μ)をμ=gxr と定義する。 その大きさを表すのにデバイという単位が用いられる。 1.09 0.79
N 生生物に寄生される生 ●遠心力により分子や粒子を沈降させ ①二価の金属イオンを奪うキレート剤として DNAやRNAを分する酵素を阻害したり 細胞の泉を防いだりする マリケンとポーリングによって定義された電気陰性度の値は,互いにほぼ比例関係 にある。 高等学校の化学の知識を基礎に、いくつかの実験データを解析しながら、文章の完 全な理解を目指すことにしよう。 次の問いに答えよ。 問1 表2にマリケンの定義による電気陰性度が示してある。 また表3にハロゲン化 水素分子の解離エネルギーが示してある。 HF, HCI, HBr の解離エネルギーの系統的 変化は、何に由来すると考えられるか。 表1も参照して2つ挙げよ。 ★ 問2 表4にハロゲン化水素分子の分極を表す「双極子モーメント ((注)参照)」 の値 が示してある。これらの値と, 表2に示した電気陰性度の値を比較し,両者の関係 について説明せよ。 ★★ 問3 表5には等核二原子分子の解離エネルギーの値が示してある。 HF, HCI, HBr 3種類の異核二原子分子 A-B について, ポーリングの電気陰性度の定義に関連し た次の(1)式を用いて⊿の値を計算し、表2のマリケンの定義によるA, B原子の電 気陰性度の差を比較し, 両者の関係について説明せよ。 4 = DA-B- DA-A+DB-B 2 ・・・(1) Vが決まる。 ここで,DA-A, DB-B は等核二原子分子 (A-A, B-B) の解離エネルギーを,また DA-B は異核二原子分子 (A-B) の解離エネルギーを示す。 ★ 問4 説明文の下線部は,どのような科学的背景に由来しているのか。 次の文章の □に,その下に示した語群から最適なものを選んで入れ,この問いに対する解 とせ a b |の差に由来する ]が,解離エネルギーへの [ 異核二原子分子の [ の寄与を支配し, d | の差を決定しているから。 C 400 {語群 } ポーリングの電気陰性度 マリケンの電気陰性度 共有結合 900〜1400 イオン結合 分極 イオン化エネルギー 電子親和力 |関西学院大 |

回答

2つというのが少し難しいですね。
1つは簡単で、「ハロゲンのイオン(原子)半径が大きいほど解離エネルギーが小さくなる」といったところでしょうか。
これはいくつか説明の仕方があります。高校範囲では原子半径が大きいほど2原子の距離が遠いためH-X結合(Xは一般にハロゲンを表します)が弱くなり、切断しやすくなるといった説明が無難だと思います。

2つ目は強いて言うなら「電気陰性度が大きいと解離エネルギーが小さくなる」でしょうか。2個目はあまり自信がありません。
一般的には電気陰性度が大きいと、解離エネルギーは小さくなります(後で説明)。
今回のケースでも写真の通り、HFとHClの解離エネルギーの差はHClとHBrの差のおよそ2倍です。しかし、FとClの電気陰性度の差はClとBrの差の4倍あります。
電気陰性度は4倍も大きいのに、解離エネルギーは2倍しか大きくなっていません。
ここから、電気陰性度の大きさと解離エネルギーの大きさが負の相関を持つことが分かると思います。

以下、電気陰性度が大きいほど解離エネルギーが小さくなる理由です。
HX→H+ + X-
解離エネルギーとは上の反応を起こすのに要するエネルギーです。
「反応が起こりやすい=結合が切れやすい=解離エネルギーが小さい」ということになります。つまり、解離エネルギーを考えるには、反応の起こりやすさを考えればよいのです。
反応の起こりやすさを考える要素として、生成物の安定さという指標があります。自然界では、物質は安定な状態を取ろうとするため、式の右側が安定であるほど反応が起こりやすいことになります。
このとき反応式中のX-(ハロゲン化物イオン)について考えます。電気陰性度が大きいほど強く電子を引き付けている状態ですから、電子があっちこっち飛んでいきにくく安定になります。
つまり、イオンの状態では電気陰性度が大きいほど安定となります。そうなると、電気陰性度の強い順に上記の反応は起こりやすくなります(=解離エネルギーは小さくなる)。

1つ目の半径が大きいほど解離エネルギーが小さくなるというのも、反応の起こりやすさから考えることができます。
X-のイオン半径が大きいほど、電子が分散して存在できるため、イオンが安定します。半径が小さいと電子がぎゅうぎゅう詰めになって反発し合うため不安定です。

一般に、同族元素の間ではイオン半径が、同周期元素では電気陰性度がより強い影響を与えます。
同周期元素では半径の差は少ないですし、同族元素では最外殻が1周分多いので、半径の差が顕著に現れます。
今回はハロゲンの中で比べているのでイオン半径の影響の方が強く、周期表で下(半径が大きいもの)にある原子の方が解離エネルギーが小さくなっています。

難しいことを言ったと思うので、分からないところがあったら遠慮せず聞いてください。

今回の問題とあまり関係ありませんが、ハロゲン化水素を切断するということはH+が出てくるということなのでハロゲン化水素はブレンステッド・ローリーの定義における酸となります。
ハロゲン化水素の解離エネルギーを考えるのは、酸性度を考えるの、すなわち、水素イオンの出しやすさを考えるのと同じことです。
結合が切れやすい(解離エネルギーが小さい)ほど酸性度が高いということになります。

大学に入ってから有機化学に触れる機会があれば、このような酸性度の決定にも触れることと思います。
今回の原子半径や電気陰性度も酸性度を決定するための1つのファクターになってきます。

以上余談でした。

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