なぜ,第2周期(C, N, O, F)だけ水素結合が顕著なのか?

なぜ,第2周期(C, N, O, F)だけ水素結合が顕著なのか?

高校化学で学ぶ「水素結合」。

「水素結合」が存在することにより,現在【人類が存在している】といっても過言ではありません。

こういったことを,すでに知ってるよ!という方は,「なぜ,第2周期だけ水素結合が生じるのか?」に飛んでください。

水素結合とは?

「水素結合」の特異的な性質は,必ず大学入試で聞きたくなる内容です。

物質は,気体から液体・液体から固体に変化するにしたがって,それらを構成する原子や分子の粒子間の隙間が狭くなるので,体積は小さくなります。

ところが,水(液体)が氷(固体)になるときは,体積が大きくなるという現象が起きます。

体積が大きくなるということは,密度が小さくなります。

密度 (g/cm3)
水蒸気 (気体) 0.324
水 (液体:4℃) 1.00
氷 (固体) 0.92

氷の密度が 水に比べて小さいということは,

氷は水に浮きます。

この現象が,生命の起源にかかわっています。

「4℃の水」が一番重い

水が4℃の時,体積が小さく最も重くなります。4℃の水は重いので沈みます。

一方,4℃より冷えた水は「表面に浮いてきて」,0℃になると凍ります。

つまり,

冷えた水は,【表面】から氷,そこの方は最も重い4℃の「液体」のままなので,海は表面を氷で覆われていても,その下では生命が息づき,氷河期などの時期でも進化を続けたと考えられます。

水が豊富にあるからこそ,地球には生命が誕生したかもしれません。

なぜ,氷になると比重が軽くなる?

水分子は,2個の水素原子と1個の酸素原子から構成され,いわゆる折れ線構造です。

液体の水分子が,氷の状態になると,ひとつの水分子を中心とする正四面体構造を取ります。

こんな感じです。

それが繰り返されることで,スカスカの構造になります。この隙間が多い構造のために,液体に比べてみつどが小さくなります。

なぜ,第2周期だけ「水素結合」が顕著なのか?

YouTube動画で分かりやすく解説しています。

ポイントは,①分極の大きさ と ②水素分子のサイズ です。

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