極性分子一覧と特徴から構造まで

極性分子一覧と構造特徴

極性分子と無極性分子の違い

 

極性分子とは、分子全体で電荷の偏りがある分子のことです。原子間の電気陰性度の差によって共有電子対が一方の原子に引き寄せられることで、この電荷の偏りが生じます。電気陰性度とは、共有電子対を引き付ける強さを数値化したもので、周期表で右上に位置する元素ほど大きくなる傾向があります。

 

参考）極性分子と無極性分子の考え方：分子の形と一覧
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一方、無極性分子は分子全体で電荷の偏りがない分子を指します。同じ種類の原子同士が結合した分子（H₂、Cl₂など）では、電気陰性度に差がないため極性は生じません。また、異なる原子で構成されていても、分子の形が対称的であれば極性が打ち消し合い、無極性分子になることがあります。

 

参考）極性（分子の形との関係・見分け方・例・打ち消しなど）
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代表的な極性分子一覧

極性分子の代表例として、水（H₂O）、塩化水素（HCl）、アンモニア（NH₃）が挙げられます。これらの分子は、構成原子間の電気陰性度の差が大きく、かつ分子の形状が非対称であるため、明確な極性を示します。

 

参考）【体系解説】分子の極性の「なぜ？」としくみがわかる。HCl・…
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• 水（H₂O）：折れ線形の構造を持ち、酸素原子が負（δ−）、水素原子が正（δ+）に帯電しています
• アンモニア（NH₃）：三角錐形の構造で、窒素原子の非共有電子対により極性が生じます
• 塩化水素（HCl）：直線形の分子で、塩素原子が負（δ−）、水素原子が正（δ+）に帯電しています

一方、無極性分子の例としては、二酸化炭素（CO₂）、メタン（CH₄）、三フッ化ホウ素（BF₃）などがあります。これらは結合自体に極性があっても、分子の形が対称的であるため、極性が打ち消し合います。

 

参考）化学講座 第7回：分子性物質医学部受験を決めたら 私立・国公…
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極性分子の構造と電子配置

極性分子の構造を理解するには、分子の形を把握することが重要です。分子の形は、中心原子の周りにある電子対の配置によって決まります。共有電子対と非共有電子対は、できるだけ離れようとする性質があり、この反発によって特徴的な分子形状が形成されます。

 

参考）極性分子と無極性分子のを見分ける方法！２つの知識で見分けられ…
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水分子（H₂O）は、酸素原子が2対の共有電子対と2対の非共有電子対を持ちます。非共有電子対も考慮すると、電子対は正四面体状に配置されますが、実際の分子の形は折れ線形となります。この非対称な構造により、水分子は極性を持ちます。

 

参考）Off Flavor入門〜④分子の形と極性｜Shiro Ya…
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アンモニア分子（NH₃）は、窒素原子が3対の共有電子対と1対の非共有電子対を持ちます。この電子配置により、アンモニアは三角錐形の構造をとり、極性分子となります。非共有電子対の存在が、分子の極性に大きく影響していることがわかります。
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極性分子の物理的性質と沸点

極性分子は無極性分子と比較して、融点や沸点が高い傾向があります。これは、極性分子間に分散力（ファンデルワールス力）に加えて、静電気的な引力が働くためです。同程度の分子量を持つ分子であれば、極性分子の沸点は無極性分子よりも高くなります。

 

参考）20.極性分子と無極性分子の違いと見分け方｜化学をスキマ時間…
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例えば、塩化水素（HCl）の沸点は188Kであるのに対し、無極性分子であるフッ素（F₂）の沸点は85Kと大幅に低くなっています。これは、塩化水素分子間の双極子引力が、フッ素分子間の分散力よりも強いためです。極性分子である塩化水素の沸点は、常圧で約−85℃と報告されています。

 

参考）ビデオ: 分子間力の比較：融点、沸点及び混和性
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水素結合を形成できる極性分子は、さらに高い沸点を示します。水素結合は、電気陰性度の大きな原子（酸素、窒素など）に結合した水素原子が、近傍の孤立電子対と作る強力な相互作用です。この結合はファンデルワールス力より10倍程度強く、極性有機化合物の沸点を著しく上昇させます。

 

参考）https://www.nsa.mtl.kyoto-u.ac.jp/wp-content/uploads/2014/05/Intermolecular-interaction.pdf
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極性分子の溶解性と応用

極性分子の重要な性質の一つが、溶解性です。「似たものは似たものを溶かす」という原則があり、極性分子は極性溶媒に溶けやすく、無極性分子は無極性溶媒に溶けやすい傾向があります。水は極性分子であるため、極性物質を溶解させる優れた溶媒として機能します。

 

参考）https://www.con-pro.net/readings/water/doc0041.html
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水の溶媒としての特徴は、誘電率が大きく、水素結合を形成できることです。これにより、イオン性物質や極性物質を効率的に溶解できます。一方、無極性分子であるヘキサンが水に溶けにくいのは、ヘキサンの周囲で水分子が水素結合を作れず、エネルギー的に不利な状態になるためです。

 

参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakukyouiku/19/3/19_KJ00003479891/_pdf/-char/ja
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極性分子の応用例として、医薬品分子の構造解析が挙げられます。ニコチンやキニーネなどのアルカロイド、合成医薬品であるアバカビルといった極性分子は、結晶スポンジ法という新しい分析手法で構造解析が可能になりました。これらの求核性化合物はアミノ基やピリジル基などを含み、従来の方法では解析が困難でしたが、新規MOF（金属有機構造体）の開発により、微量の極性化合物の構造解明が実現しています。

 

参考）医薬品など極性分子の構造解析を可能にする新たな結晶スポンジを…
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極性分子は生体分子においても重要な役割を果たしています。水素結合は共有結合より1桁弱く、ファンデルワールス相互作用より1桁強いという「ほどほどの強さ」を持ち、向きが限定されるという特徴があります。この性質により、DNAの二重らせん構造やタンパク質の立体構造の維持に貢献しており、生命現象において不可欠な役割を担っています。

 

参考）水素結合 - Wikipedia
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さらに、粘土鉱物においても極性分子の吸着が重要な現象として知られています。水や極性有機分子の吸着は非常に顕著で、粘土鉱物の層間に無機・有機イオンや極性分子が吸着することができます。このような性質は、粘土鉱物の応用範囲を広げる要因となっています。

 

参考）https://www.cssj2.org/wp-content/uploads/clay_04.pdf
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高校化学基礎 5分でわかる！極性分子と無極性分子 - Try IT
極性分子と無極性分子の基本的な違いと見分け方について、わかりやすく解説されています。

 

極性（分子の形との関係・見分け方・例・打ち消しなど） - 化学Net
分子の形と極性の関係について、具体例とともに詳しく説明されており、極性の打ち消しについても理解できます。

 

水素結合 - Wikipedia
水素結合の定義、強さ、生体分子における役割について、包括的な情報が掲載されています。

 

 

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