化学有機化合物無機物質物質の状態・構成・変化理科生活と物質

5分でわかる「極性溶媒」なぜ塩は油に溶けない?京大卒研究員がわかりやすく解説!

よぉ、桜木健二だ。突然だがみんなは水に塩が溶ける理由を知っているか?その理由を考えるうえでポイントになるのが今日勉強する「極性溶媒」という言葉だ。極性溶媒という言葉は聞き慣れないかもしれないが、実は水やエタノールなどの身近な化合物も極性溶媒の一つになるんだ。

今日は極性という言葉の意味を学んだ後に極性溶媒の特徴について勉強していこう。メーカーで化学の研究を行っている珈琲マニアと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/珈琲マニア

京都大学で化学を学び現在はメーカーの研究員として勤務。学生時代の専門は物理化学であり、現在も様々な試薬を取り扱っているため分子に関する知識が豊富。

1.極性とは電子の偏りで生まれる現象

image by iStockphoto

水、お酒に入っているエタノールなどのアルコール、少し前のサスペンスドラマでよく出てきたクロロホルムなど、世の中には極性溶媒と呼ばれる液体がたくさんあります。極性溶媒とは分子の中で一部の原子に電子が偏っている溶媒であり、分子の中に電子を引っ張りやすい原子が含まれるのが特徴です。このような分子の「極性」は物質の溶解性に関連する要素の一つであり、塩が水に溶解しやすい理由にも水の極性が関係しています。

この章では極性という性質を理解するためにまずは原子が電子を引き寄せるとはどういうことか、という点を考えてみましょう。

1-1.原子の種類と沸点の違い

世の中の物質は全て炭素や酸素、水素などの原子が結合することで作られており、原子の数や種類、つながり方で物質の性質は大きく変わります。例えばメタン、アンモニア、水はいずれも水素とつながった化合物であり、真ん中の原子が異なるだけです。しかし、これらの3つの化合物の性質は大きく異なります。

ではこれらの物質の性質の違いはなぜ生じるのでしょうか。性質の違いを決める理由は複数ありますが、ここでは物質の極性に着目してこれらの3つの化合物の違いを見ていきます。

1-2.電子の引きやすさを示す電気陰性度

image by iStockphoto

物質の極性とは一言で表すと「分子の中でどれだけ電子が偏っているか」ということです。分子の結合は原子がお互いに電子を渡すことによって作られています。原子同士が協力して原子の間に架け橋を作っているようなイメージですね。

量子化学が発展して分子の研究が進むにつれて、原子によって電子の欲しがりやすさは異なっており、分子の中で電子を奪う原子や電子を渡したがる原子がいることがわかってきました。このような原子が電子をどれだけ欲しがっているか、という指標をアメリカの化学者ポーリングは電気陰性度というパラメータで表しました。塩素やフッ素のようなハロゲン原子や窒素や酸素は電気陰性度が高い、すなわち電子を奪いたがる、逆にリチウムやナトリウムは電気陰性度が低い、つまり電子を渡したがる傾向があります。

1-3.電気陰性度と分子の極性

表と比較しながら改めてメタン、アンモニア、水分子を見てみましょう。水素に比べて窒素や酸素の電気陰性度は高めです。そのためアンモニアや水では周りの水素から中心の原子に向かって電子が引っ張られ、真ん中の原子は電子過剰でマイナスに、逆に水素は電子不足でプラスの電荷を持ちます。

簡単に言うと分子の中でプラスとマイナスの部分があるということですね。このように分子の中で電子の偏りがある溶媒を極性溶媒と呼びます。極性溶媒の代表例としては水がありますが他にも食用酢の原料である酢酸や、化学でよく使われる溶媒であるアセトニトリルなどの有機溶媒も極性溶媒の一つです。

no-img2″>
 <figcaption class=桜木建二

この章では原子ごとに電子を引き寄せる力が異なっており、その尺度として電気陰性度を使うことを学んだ。電気陰性度が大きい原子が入っている分子は電子の偏りが生まれやすいため極性溶媒になることが多い。

次の章では電子の偏りという極性溶媒の特徴を踏まえた上で極性溶媒の沸点や極性溶媒が溶解しやすい物質を見ていこう。

次のページを読む
1 2
Share: