H_2O、NH_3、およびCH_4の分子双極子/極性を使用して、CH_4がH_2Oと混ざらない理由をどのように説明しますか。

回答：

要するに： # "CH" _4# 非極性溶質は水極性溶媒です。

説明：

電子ドメインの数、したがって3つの種それぞれの分子構造を考慮してください。

3つの分子の中心原子（# "O"#, # "N"#、そして # "C"# それぞれ、周期律表の最初の3つの周期に含まれるものはすべて、8つの価電子のオクテットを形成します。それは全部で4つの共有結合と孤立電子対の組み合わせになるでしょう - それ故、中心原子のそれぞれは4つの電子ドメインを持ちます。それ故、特定の分子形状は、中心原子当たりの結合対の数に依存するであろう。

• 各酸素原子は、各水素と１つずつ、２つの共有結合を形成する。したがって、4つの電子ドメインのうち2つの結合ペアでは、水分子は特性を共有します。 非対称の ベント/ V字型分子構造

• 各窒素原子は5つの価電子を持ち、3つの原子価を形成します。 # "N" - "H"# の債券 # "NH" _3# 分子。したがって、窒素原子は # "NH" _3# 分子は、その4つの電子ドメインのうち3つの結合対を持ち、同様に、 非対称の ピラミッド形状

• の各炭素原子 # "CH" _4# フォーム4 # "C" - "H"# 単結合孤立電子対が存在しないと、分子内の電荷は均等に広がり、 # "CH" _4# ある 左右対称 ジオメトリ

ただ１つのタイプの共有結合が存在するので、双極子強度は各分子において同一であると思われる。双極子は各粒子内でベクトル的に加算されます。対称的なレイアウトのために、それらは相殺します # "CH" _4# メタン分子。これらの分子は正味の双極子を持たず、無極性であることを意味します。

「同様に溶解する」という規則は、非極性溶質が非極性溶媒には高い溶解度を示すが極性溶媒には溶解しない傾向があり、極性溶質についてはその逆であることを示唆しています。前述のように、ここで問題の溶質は、 # "CH" _4#は無極性物質ですが、溶媒は # "H" _2 "O"# 極性が高いです。その結果、 # "CH" _4# ほとんど溶けない # "H" _2 "O"#.