双極モーメントの計算方法

質問

双極モーメントの求め方（計算の仕方）をご存知の方、教えてください。ElectronegativityはF=4、Cl=3,C=2.5、H=2.1と与えられています。もし、CHF3とCHCl3の双極モーメントを求めるとしたら、計算方法を教えてください。お願いします。

回答No.2

kidochi · ベストアンサー

ベクトル量であることを十分に説明しなかったのが、
よくなかったようです。申し訳ありません。
補足させていただきます。
3つのフッ素原子は、全て同じ炭素原子に結合していますね。そして、3つのフッ素原子は正三角形を形成しています。
C-F結合の双極子モーメントは、Cの方を向いていますので、この3つのベクトルを合成すると、C-H結合の方向で向きがHの方を向いているベクトルが得られるのです。
これは、純粋に数学のベクトルの問題と同じです。
もしも、数学でベクトルをならっていないのであれば、その旨おっしゃってください。説明させていただきます。
もっと簡潔に理解をする方法がありますので、こちらを紹介しておきます。
CF4分子は、分子全体としての双極子モーメントは持っていません。正四面体分子という高い対称性分子のためです。双極子モーメントは何か？と訊かれたとすれば、0ベクトルである、と答えます。
この事実を使います。
先ほどCHF3分子を考察した時のように、分子を置きます。
CHF3分子とCF4分子で違うのは、HがFに変わっていることと、C-H結合の双極子モーメントの向きと、C-F結合の双極子モーメントの向きが逆であるということだけです。
3つのC-F結合の双極子モーメントを合成をしたベクトルは、CF4分子は全体で双極子モーメントを持っていないのですから、4番目のC-F結合(合成に使っていないC-F結合)が持っている双極子モーメントと、完全に打ち消し合わなければなりません。数学的な言い方をすれば、逆ベクトルでなければなりません。
ということは、3つのC-F結合の双極子モーメントを合成したベクトルは、大きさが1つのC-F結合の双極子モーメントの大きさに等しく、向きが4番目のC-F結合(合成に使っていないC-F結合)の双極子モーメントの向きと逆を向いていると分かります。
3つのベクトルを合成したからといって、大きさが3倍になることは一般的にはありません。
お分かりいただけたでしょうか。なにぶん、説明が不得手なため、分かり難いかも知れません。
何かありましたら、また遠慮なくお聞き下さい。
では。

回答No.1

kidochi

ご存知のように、双極子モーメントは、ベクトル量です。
故に、分子全体の双極子モーメントを求めるには、
各結合の双極子モーメントをベクトル合成すればよいことになります。
たとえにあるような分子で双極子モーメントを求める場合、を考えてみます。
二つとも四面体分子ですので、ハロゲン分子をXと表して、XからCに向かうベクトルの合成として考えます。（有機化学では、双極子モーメントのむきを物理的な定義と逆にすることがありますが、ここでは物理的な定義に従います。）
分子全体の双極子モーメントは、一つ一つのベクトルを合成したものになりますので、どの方向でも構いませんが
C-H結合と同じ方向で、CからHへ向かうベクトルとなります。大きさはC-F間の双極子モーメント一つの大きさに一致します。
提示されているのは、ポーリングの電気陰性度の値であると思うのですが、ベクトルの大きさが電気陰性度の差で近似的に表現できると考えることができますので、後は、具体的な値を代入して計算すればよいと思います。
よって、
C-H間の双極子モーメントの大きさ:2.5-2.1=0.4
C-F間の双極子モーメントの大きさ:4.0-2.5=1.5
C-Cl間の双極子モーメントの大きさ:3.0-2.5=0.5
なので、
CHF3分子の双極子モーメントの大きさ:0.4+1.5=1.9
CHCl3分子の双極子モーメントの大きさ:0.4+0.5=0.9
となります。
まだ疑問点がある場合には、おっしゃって下さい。
回答できそうなものに関しては、
回答させていただきます。

お礼

ありがとうございました。すごくわかりやすかったです。

補足

では、もしCF4という分子があったら、1.5のみになるのでしょうか？？CHF3分子はCH結合がひとつに、CF結合が3つあるのですが、CF結合のモーメントを3倍にして計算する必要はないのでしょうか？教えてください。