双極子とファンデルワールス力

このカテゴリーでは、物理に関わるものを見ていきます。と言いましても、初回は化学寄りな内容で、分子間相互作用です。まず結合は以下の図のように分けられます。

化学結合は結合力が大きいのに対して、分子間相互作用は結合力が小さいです。今回は分子間相互作用のうち、ファンデルワールス力について見ていきます。

電荷の偏り

電気陰性度の異なる原子が共有結合すると、電子を引っ張る力によって原子間の電子密度に偏りが生じます。つまり電気陰性度の大きい原子は電子を引っ張るために部分的にマイナスが強くなり、これをδーで表します。逆に電子をとられた側はマイナスが減るためプラスとなり、これをδ＋で表します。このように電荷の偏りができたものを双極子と呼び、以下のようなものがあります。

永久双極子；結合に関与する原子間の電気陰性度の差に起因する双極子
誘起双極子；周囲の環境が要因となり起こる電荷の偏りによって生じる双極子
瞬間双極子；電子運動により瞬間的に分子内の電荷分布が偏って生じる双極子

双極子間相互作用

先ほどのように分子の電荷が偏ると、分子同士互いに引き合うようになります。これを双極子間相互作用と言います。双極子間相互作用には以下のようなものがあります。

永久双極子-永久双極子間相互作用(keesom力)
永久双極子-誘起双極子間相互作用(Debye力)
瞬間双極子-誘起双極子間相互作用(London力)

永久双極子-永久双極子間相互作用(keesom力)

永久双極子同士による相互作用です。お互いが近づいたときに、一方の分子のδ＋と、もう片方のδーが引き合って起こります。イメージとしては磁石と磁石です。

永久双極子-誘起双極子間相互作用(Debye力)

永久双極子と誘起双極子による相互作用です。イメージとしては磁石と鉄です。

瞬間双極子-誘起双極子間相互作用(London力)

瞬間双極子と誘起双極子による相互作用です。次にお話しするファンデルワールス力はほとんどが、瞬間双極子-誘起双極子間相互作用(London力)となります。

ファンデルワールス力

ファンデルワールス力は電荷のない中性分子や原子に働く力を言います。原子や分子同士が近づくときにはある程度までは引力が働きますが、近づきすぎると今度は反発力が働きます。

ファンデルワールス力はヒトとの距離感と同じで、親しい人ならまだしも、知らない人だとほどよい距離感が心地よいということになります。つまり距離感が大事であり、ここでは式は割愛しますが、ファンデルワールス力の引力は分子間距離の6乗に反比例します。この分子間距離の「6乗」に反比例の覚え方としては「ファンデルワ」ールス力と伸ばし棒まで6文字あるのを印象づけて覚えましょう。

まとめ

電荷の偏りによって相互作用が発生する。
ファンデルワールス力の引力は分子間距離の6乗に反比例する

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2次反応の式とグラフ、例題編: 2次反応は縦軸の切片は1/C0、傾きはkの直線的なグラフとなります。。0次反応や1次反応と異なり、傾きがプラスであるのがグラフとしては特徴的です。
擬0次反応の式とグラフ、例題編: 擬0次反応とは懸濁剤(サスペンション)などにおいて、溶液中の分解速度が、固体の溶解速度よりも遅いために、本当は1次反応なのに、0次反応のマネをするような式やグラフとなります。
擬1次反応、特殊酸触媒と特殊塩基触媒: 擬1次反応には、エステルの特殊酸触媒と特殊塩基触媒の反応などがあります。特殊酸触媒と特殊塩基触媒の影響を受ける医薬品では、kH[H+]=kOH[－OH]の時が最も安定となります。
活性化エネルギーと反応エンタルピー: 活性化エネルギーが大きいほど反応が進みにくく、小さいほど反応が進みやすいです。触媒は活性化エネルギーに影響を与えて、反応エンタルピーには影響を与えないということができます。
Arrhenius式(アレニウス式)とグラフ: Arrhenius式(アレニウス式)は、反応速度と温度の関係を表した式です。アレニウスプロットではそのグラフから薬の安定性などがわかります。
酸と塩基の基本: 酸と塩基のには、Arrhenius(アレニウス)の定義、Lewis(ルイス)の定義、BronstedーLowry(ブレンステッド・ローリー)の定義などがあります。弱酸においてはKa=[A－]・[H+]/[HA]が成り立ち、Kaを酸解離定数と言います。
弱酸のpHの計算: pH=－log[H+]で表されます。強酸の場合は、全て解離するためpHの計算はやりやすいですが、弱酸の場合は[H+]=√(Ka・C)で計算する必要があります。
Henderson-Hasselbalch(ヘンダーソンーハッセルバルヒ)の式と計算: あるpHのおける弱電解質の分子形やイオン形の割合を求めるのがHenderson-Hasselbalch(ヘンダーソンーハッセルバルヒ)の式です。Henderson-Hasselbalch(ヘンダーソンーハッセルバルヒ)の式を使って計算できるようになりましょう。
真度と精度の違い: 真度は真の値からのかたよりの程度です。精度は均質な検体から採取した複数の試料を繰り返し分析して得られる一連の測定値が互いに一致する程度です。真度と精度の違いを間違えないようにしましょう。
容量分析法、標定と滴定: 容量分析法には中和滴定、非水滴定、キレート滴定、沈殿滴定、酸化還元滴定などがあり標準液、標準試薬、指示薬が決まっています。
直接滴定と逆滴定、対応量の計算: 直接滴定と逆滴定によって、対応量を計算します。対応量とは用いた標準液1mLに対応する資料の量(mg)のことで、おちついて計算できるようにしましょう。
中和滴定のグラフ: 中和滴定は酸性医薬品や塩基性医薬品を中和反応を利用して滴定する方法で、指示電極にはガラス電極が使われます。中和滴定の指示薬には、メチルレッド、メチルオレンジ、フェノールフタレインなどがあります。
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沈殿滴定、Fajans法(ファヤンス法)、Volhard法(フォルハルト法): 沈殿滴定は銀を利用して、Fajans法(ファヤンス法)やVolhard法(フォルハルト法)などがあります。沈殿滴定では銀イオンがハロゲン化物(フッ素以外)、シアン化物イオン(CN-)、チオシアン酸イオン(SCN-)などと反応します。
酸化還元滴定、ジアゾ滴定: 酸化還元滴定では、デンプン試薬が指示薬として使われるが、過マンガン酸カリウムについてはそれ自体が指示薬として働きます。ジアゾ滴定は酸化還元滴定の1つです。
クロマトグラフィーの原理と種類: クロマトグラフィーの原理は、試料の固定相への親和性の違いによって分離します。クロマトグラフィーの移動相固定相による分類では、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどがあります。
保持時間(tR)、分離度(Rs)、分離係数(α)、シンメトリー係数(S)、カラム効率: クロマトグラムの指標には、保持時間(tR)、分離度(Rs)、分離係数(α)、シンメトリー係数(S)、カラム効率などがあります。分離度(Rs)と分離係数(α)の違いは、ピーク幅があるかどうかです。
クロマトグラフィーの定性と定量: クロマトグラフィーの定性には保持時間が使われます。クロマトグラフィーの定量は、ピーク高さやピーク面積を用いる。方法には内標準法、絶対検量線法、標準添加法などがあります。
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液体クロマトグラフィーと種類: 液体クロマトグラフィーの種類は固定相により吸着クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルクロマトグラフィーなどにわけられる。
溶媒抽出法、固相抽出法、除タンパク法: 溶媒抽出法は、水と有機溶媒の中に試料を入れることで、目的物質を片方の層に移すことで、邪魔者と分離する方法です。固定抽出法は固相を用いて、目的物と邪魔者を分離する方法です。
イムノアッセイとは？: 標識するイムノアッセイには、ラジオイムノアッセイ(RIA)、エンザイムイムノアッセイ(EIA)、蛍光イムノアッセイ(FIA)、発光イムノアッセイ(LIA)などがあります。
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X線検査(レントゲン)とCT検査: X線検査(レントゲン)とCT検査はX線の吸収率を利用して画像を撮影します。X線造影撮影法は、硫酸バリウムやヨード造影剤などの造影剤を用いて吸収率を変えて撮影をしやすくしています。
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超音波検査(エコー)の原理: 超音波検査(エコー)は超音波の反射波を利用して画像撮影する検査です。超音波検査(エコー)は絶食状態で行うことが多いため糖尿病治療薬などは中止になる可能性があります。
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双極子とファンデルワールス力