助けてください

質問

高校生の息子から聞かれました。私にはよく分かりません。誰か中卒の私でも説明出来るように教えてください。

水と硫化水素は分子構造がよく似ており、酸素と硫化水素は同元素であるため性質も似ていると考えられがちだが、
水は常温で液体、硫化水素は常温で気体と性質は大きく異なる。また、ほとんどの物質は液体と固体を比較した場合
、固体の方が密度は大きくなるが、水の場合は液体のほうが液体の水より密度が小さい。この水の特殊な性質を
分子量・電気陰性度・分極・水素結合と言う語句を使用し説明しなさい。

お手数ですがお願いします。助けてください

回答No.1

usokoku

お子さんが高校生といいうことで、昭和３０年代か４０年代初めのお生まれの方、ゆとり教育の前の中学校程度(化学クラブ程度)の知識で、いきましょうか。中学生の化学クラブの発表内容が難しくて理解できない化学系大学院生がたまにいたりします。

分子量、構造がほぼ同じの場合分子量が多いと沸点が高くなるという傾向があります。良く使われるのが、ハロゲン属、フッ素・臭素・塩素・ヨウ素のように同属元素の場合には分子量が大きい穂うが沸点が高いです。
後で書きますが、変なこと(例外)がなければ、水よりも硫化水素のほうが沸点が高いはずです。

電気インせいど、極端に簡略化すると、マイナスイオンになりやすさです。数値が離れているとイオン結合になりやすく、数値が近いと共有結合になりやすいのです。
正確な数値を覚えていませんが、酸素が3くらい、硫黄と水素が２ぐらいです。つまり、水はイオン結合の性質が出やすく、硫化水素は共有結合の性質がでやすいのです。

イオン結合の場合には、水素側が+に酸素側(結合に使われていない２個揃った電子軌道が１本あるでしょう)が-になりやすく、このように電子が偏って存在している場合には、分子が分極していることになります。
硫化水素のばあいには共有結合ですから分極していません。

水素結合、これは、中学校の範囲では習いません。高校の範囲です。
水の電子雲の絵を書くと、Sp3混成軌道のうち、2つが結合に使われて、残る2つが結合に関係しないで電子が満たされている状態です。
このように偏りがあるとほぼ均一になろうとする力(乱雑になろうとする法則、たとえば、砂糖が水に溶ける、固体と液体で分かれているよりも適当に混ざったほうが安定化するので、安定する方向に変化する)が働いてきて、水素に電子を供給しようとします。この供給先がとなりの水分子です。
H-O-H<<O-H2
の<<の右側の不対電子がとなりのHのほうに少し移動して、H-Oの結合よりも弱い結合を作ります。これか、水素結合です。
この弱い結合の存在で水の沸点が高くなってしまいます。