問 題
分子の分極の度合いは、(電気)双極子モーメントμとして下式のように定量的に表すことができる。
μ=Q・r
Qは電荷、rは電荷間の距離を表す。0.1nm離れた電子1個分の電荷+e、-eの双極子モーメントは、電荷が1.6×10-19(C)であることから1.6×10-29(C・m)となる。
ヨウ化水素HIの双極子モーメントを求めたところ、1.4×10-30(C・m)であった。H－I結合距離を0.16nmとしたとき、HIのイオン性は何%程度と見積もることができるか。最も近い値(%)を1つ選べ。
ただし、H－I間で電子1個分の電荷(+e、-e)がそれぞれの原子上に分離しているとき、HIは100%イオン性を示すものとする。
- 1
- 5
- 10
- 20
- 40
解 説
「nm （ナノメートル）」は、 10-9 m ですので、H－I 結合距離は、単位を m にすると 1.6 × 10-10 m と表すことができます。そして、ヨウ化水素 HI の双極子モーメントが 1.4 × 10-30 ですので、μ＝Q・r に代入することで、1.4 × 10-30 = Q・1.6 × 10-10 となります。Q を計算するのは少し複雑そうなので、選択肢を以下では活用します。（もちろん、Q を計算して求めてもかまいません。）
選択肢 1 が正解とすると
イオン性 が 1 % です。100 % イオン性を持った時であれば、電荷 +e, -e がそれぞれ H、I に分離している時であるため、電荷は 1.6 × 10-19 （C) であると考えられます。
100 % イオン性 → 電荷が 1.6 × 10-19 ならば、1 % イオン性 → 電荷は 1.6 × 10-21 であると考えられます。（1% = 0.01 より。1.6 × 10-19 × 0.01 = 1.6 × 10-21 であるため。）この数字を双極子モーメントの式に代入してみると
右辺 Q・r = (1.6 × 10-21) ・(1.6 × 10-10) = 2.56 × 10-31 となります。左辺と一致しないため、誤りです。
次に、選択肢 2 が正解として
イオン性を 5 % と仮定すると、電荷が、8.0 × 10-21 となり、この数字を代入して計算してみると大体 1.4 × 10-30 となります。
以上より、正解は 2 です。
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