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水素結合について。
大学入試の為の勉強をしています。 問題集に、 『次の化学式に表される物質が結晶状態にあるとき、その中に存在する全ての結合を答えよ。』 という問題があり、解答には、塩化アンモニウムと水酸化カリウムに水素結合が含まれていません。 アンモニアやメタノールでは水素結合が存在すると思うのですが… なぜ塩化アンモニウムのアンモニアイオンや、 水酸化カリウムの -OH には水素結合が含まれないのでしょうか？ イオン結合を含むと水素結合の働きは失われるのでしょうか。 よろしくお願いします。
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> イオン結合を含むと水素結合の働きは失われるのでしょうか。 いいえ。そんなことないです。そんなことないはずなんですけど、「水素結合を含むイオン結晶」というものがたぶん高校化学の範囲外なので、「イオン結晶には水素結合が含まれない」というのが、正解になるのでしょう。それと、確か、高校化学の範囲では水素結合を受け入れる元素がN,O,Fに限られていたと思います。学校か予備校で先生に確認してみてください。なおアンモニウムイオンの窒素原子が水素結合の受け側になれないのは、NH4+ には非共有電子対がないからです。 ここから下の話は、高校化学の範囲外の話なので、適当に読み飛ばしてください。 ---------- ■塩化アンモニウムには水素結合が含まれるのか？ あまりに微妙すぎる問題なので、水素結合を含むという人もいれば、含まないという人もいます。含む、とする人の根拠は、「KClとRbClがNaCl構造なのにNH4ClがCsCl構造になるのは、CsCl構造をとるとNH4+一個当たり四個の水素結合が作れるのでエネルギー的に得をするから」というものです。含まないとする根拠は＃３さんの回答にあります。微妙な話なので、学者さん以外にとっては、どっちでもいい話です。 これがフッ化アンモニウムNH4Fだったなら、NH4FはH2Oに似た結晶構造をとるので、水素結合を含むと主張する人の数がずっと多くなります。 いずれにしても、NH4Clの結晶構造について調べない限り、答えられる問題ではないです。 ■水酸化カリウムには水素結合が含まれるのか？ これも、あまりに微妙すぎる問題です。常温常圧では水素結合はできていないようですけど、-40℃以下まで冷やすと水素結合ができる、ということが報告されています。このイオン結晶に含まれる水素結合は O-H…O-H…O-H… のような無限鎖で、フッ化水素HFの結晶中にある F-H…F-H…F-H… の無限鎖に似たようなものです。このことから、イオン結晶だから水素結合は含まない、などとは決していえないことが分かります。 KOHについてもNH4Clと同じで、KOHの結晶構造を調べない限り、答えられる問題ではないです。
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- Tacosan
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よくそんなこと気付いたなと思いつつ調べてみると, なんかとても面倒だぞ.... きちんと調べきれてないのですが, 少なくとも塩化アンモニウムについてはその解答の通りで水素結合は含まれないようです. 理由はおそらくアンモニウムイオンと塩化物イオンがどちらも高い対称性を持ち, しかも塩化物イオンの配置も対称性が高いから. アンモニウムイオンの水素を別のもので置換するとアンモニウムイオンの対称性が落ち, トリメチルアンモニウム=クロリドでは N-H…Cl という水素結合の存在も報告されているっぽいです. あと, 1個の [NH4Cl] 分子を調べると, 極低温では水素結合ができているようです. 水酸化カリウムの OH 同士は, たぶん距離が長過ぎて水素結合できないんじゃないかな. Al(OH)3 くらいだと OH 間に「水素結合っぽい何らかの相互作用」があって, そっぽを向くように配向しているみたい.
お礼
調べて頂いたんですね。 本当にありがとうございます。 結晶と分子でも違いがあるんでしょうか… 頭がごちゃごちゃです。 大学入試の範囲だけで考えるようにします… ありがとうございました。
- malaytrace
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＞アンモニアイオン アンモニウムイオンです。アンモニア分子とごっちゃになっていませんか？ ＞水酸化カリウムの -OH アルコール等に含まれるヒドロキシ基（ヒドロキシル基，水酸基）ではなくて、水酸化物イオンOH-（-は上付き）です。 分子性物質とイオン結合性物質が混同されているようですから、４グループの物質（イオン結合性物質、分子性物質、共有結合結晶、金属）について頭の中を整理しましょう。 イオン結合性物質はイオンに分けて考える癖、分子性物質は構造式で考える癖をつけるのが良いでしょう。 水素結合は分子性物質の間にはたらく、分子間力の特殊な状態と捉えておかれたらいいと思います。 化学結合は、イオン結合、共有結合、金属結合です。分子間力は通常含みません。しかし、「水素結合」の状態では明らかに分子間を結合する力として働きます。但し、先に挙げた化学結合よりも弱いものです。
お礼
すいません、打ち間違えていました。 ありがとうございました。
アンモニウムイオンは結晶中では水素を与えるような効果はありません。相手がないです。 水酸化カリウムの水酸化物イオンも結晶中では電子対を与える水素原子が周囲にありません。 これらはプロトン性媒体の中でのみ水素結合が作れます。
お礼
ありがとうございました。
お礼
化学についてわかってない私がベストアンサーを決めるのも少し違和感がありますが…。 大学受験の範囲でわかりやすく説明されていて、私自身非常に納得しましたので選ばせていただきました。 やはり曖昧なニュアンスを含んでいたようですね。 再受験生なもので、すぐ近くにわかる者がおらず… 妙にこの問題だけ引っかかったので質問致しました。 本当にありがとうございました。