水素とヘリウムの沸点について

質問

水素分子とヘリウム原子を比べた場合、
水素分子は質量2(g/mol)で、沸点は20.4(K)、
ヘリウム原子は質量4(g/mol)で、沸点は4.2(K)と
ヘリウム原子のほうが質量が高いのにも関わらず、
沸点は低くなっています。

電気陰性度や水素結合などの項目も調べてみたのですが、いまいちこの理由がわかりません。
どなたかわかりやすく教えて頂ける方がいらっしゃいましたら宜しくお願いします。

回答No.2

38endoh · ベストアンサー

> 水素分子は質量2(g/mol)で、沸点は20.4(K)、
> ヘリウム原子は質量4(g/mol)で、沸点は4.2(K)

質量ではなく分子量ですよね？　まず，分子量と沸点との相関を一概に述べることは不可能です。水と重水の比較など，同位体間なら分子量と沸点との比較は有意だと思いますが，物質が異なれば沸点が異なるのは当然です。

さて，ご質問の水素分子とヘリウム原子との沸点の差について，恐らく「ロンドンの分散力」に違いがあるのではないでしょうか？

直感的なイメージでしかご説明できませんが，対称性の低い水素分子の方が電子の偏り（＝瞬間的な双極子）を生じやすく，その結果分子間でクーロン相互作用が生じやすいのではないかと。

量子力学的に説明できそう感じもしますが，私にはできません。量子力学の本を幾つか当たってみると良いかもしれません。

回答No.1

lone_lynx

理想気体をご存知かと思います。理想気体は、絶対零度でも気体であること、そして体積を持たないことが特徴です。
Heはもっとも理想気体に近い実在気体ですよね。
つまり、もっとも理想気体に近いHeはもっとも体積が小さいんです。
H2分子気体にはどうしても結合距離というものが存在しますから、体積はHeより大きくなるんです。