水素結合とイオン結合の違い

水素結合とイオン結合の重要な違いは、イオン結合が永久陰イオンと陽イオンの間に存在するのに対し、水素結合は部分的に正と負の電荷の間に存在することである...。

水素結合とイオン結合の大きな違いは、イオン結合は永久陰イオンと陽イオンの間に存在し、水素結合は部分的に正電荷と部分的に負電荷の間に存在することである。

化学結合は、原子や分子を結びつけている。結合は、分子や原子の化学的・物理的挙動を決定する上で重要である。アメリカの化学者G.N.ルイスが提唱したように、原子は価電子帯に8個の電子を含むと安定する。ほとんどの原子は、価電子帯の電子数が8個以下であるため（周期表第18族の希ガスを除く）、不安定である。これらの原子は互いに反応して安定化する傾向がある。そのため、各原子は希ガスの電子グループ化を実現することができる。イオン結合もその一つで、化合物中の原子をつなぐ化学結合である。水素結合とは、分子同士が互いに引き合うことです。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 水素結合とは 3. イオン結合とは 4. 横並び比較 - 水素結合とイオン結合の表形式 5. まとめ

水素結合は何ですか？

極性結合は、水素がフッ素、酸素、窒素などの負電荷を帯びた原子と結合することで形成される。電気陰性度のため、結合中の電子は、水素原子よりも電気陰性度の高い原子に引き寄せられやすい。その結果、水素原子は部分的に正の電荷を獲得し、より負の電荷を持つ原子は部分的に負の電荷を獲得することになる。このように電荷が分離した2つの分子を近づけると、水素と負に帯電した原子の間に引力が発生する。これを水素結合と呼んでいます。

水素結合は他の双極子相互作用よりも比較的強く、分子の挙動を決定する。例えば、水の分子には分子間水素結合がある。水分子は、他の水分子と4つの水素結合を形成することができます。酸素は2つのローンペアを持つため、正電荷を持つ水素と2つの水素結合を形成することができます。そして、この2つの水分子を2量体と呼ぶことができる。水素結合の能力により、各水分子は他の4つの分子と結合することができます。水の分子の分子量が非常に小さいにもかかわらず、水の沸点が高くなることにつながる。そのため、気相に入ると水素結合を切断するのに必要なエネルギーが大きくなる。

図01：水分子間の水素結合の様子

また、水素結合は氷の結晶構造を決定している。独自の氷の格子構造により水面に浮くため、冬の水生生物を保護することができます。さらに、生体系では水素結合が重要な役割を果たしている。タンパク質やDNAの立体構造は、すべて水素結合によって成り立っている。また、水素結合は熱や機械的な力によって切断されることがあります。

イオン結合は何ですか？

原子は電子を得たり失ったりして、それぞれ負または正の電荷を帯びた粒子を形成することができます。この粒子をイオンと呼びます。イオン間には静電的な相互作用がある。イオン結合は、これらの反対に帯電したイオンの間の引力である。静電的相互作用の強さは、イオン結合を構成する原子の電気陰性度に大きく影響される。電気陰性度は、原子の電子に対する親和性を示す。電気陰性度の高い原子は、電気陰性度の低い原子から電子を引き寄せて、イオン結合を形成することができます。

図02：塩化ナトリウムのイオン結合の形成

例えば、塩化ナトリウムはナトリウムイオンと塩化物イオンの間にイオン結合がある。ナトリウムは金属であるため、電気陰性度が塩素（3.0）よりも低く（0.9）なっています。この電気陰性度の違いにより、塩化物はナトリウムから電子を引き寄せ、塩化物イオンとナトリウムイオンを形成することができます。その結果、両原子は安定な不活性ガスの電子配置を獲得し、Cl-とNa+は非常に強い引力の静電気力で結合し、イオン結合を形成する。