アンモニアの沸点は-33°Cですが、$ \ ce {HCN} $の沸点は25°Cです。最近のAP（Advanced Placement）Chemistryテストでは、自由回答の質問で、なぜこれが当てはまるのかが尋ねられました。誰かがこれに光を当てることができますか？
Janの回答に基づく：
- $ \ ce {CH} $結合は通常、良好な水素結合を示しませんが、$ \ ce {H-CN} $は、結合が$ \ ce {NH3} $よりも優れた水素結合を提供するのに十分な極性である特殊なケースです。この点については、Janに同意します。
- ただし、 Janの説明は、$ \ ce {H-CN} $結合の極性が$ \ mathrm pK_ \ mathrm a $に基づいていることです（$ \ mathrm pK_ \ mathrm a $が低いほど、酸性度が高く、水素結合が良好であることを示しています）。あるユーザーが指摘したように、$ \ mathrm pK_ \ mathrm a $は水溶液でのみ定義されるため、証拠としてpK $ _a $を述べることは、純粋な$ \ ce {HCN} $液体である私が持っているシステムには適していません。 。このようなシステムでは、$ \ ce {HCN} $は大幅に分離しません。 $ \ ce {HCN} $の酸性度の証拠としてプロトン親和力を使用することが提案されました。
回答（理由と証拠）は、主に$ \ ce {HCN} $の解離の化学プロセスを対象としていると思います。この質問は、物理的プロセスの観点からもっと対処する必要がありますか？つまり、純粋な液体$ \ ce {HCN} $の解離はほとんどありません。
私が考えていたのは、酢酸基が酢酸中の水素から電子を引き抜くのと同じように、シアノ基が水素原子から電子密度を引き抜くMO画像です。これについてどう思いますか？
コメント
- MOの試みは間違いなく間違いではありませんが、低いpKaまたは気相を正当化するだけです。それぞれプロトン親和力。 'は1つの分子のみです。説明を分子クラスターに拡張することはできますが、MOのみのスキームでそれらを処理すると、間違いなく間違った答えが得られます。
- 1つの分子について良い点を述べました。 'これはすぐにはわかりませんでした。しかし、Jan 'の説明についてどう思いますか。
- 興味深い点があると思いますが、完全ではないと思います。液相では、NH3と比較してHCNには2、3の平衡があります。 '質問全体の前提が気に入らないので、分子はあまり似ていません。
回答
$ \ ce {HCN} $ の蒸発熱は $ \ ce {NH3} $ 。これは、$ \ ce {HCN} $分子が$ \ ce {NH3} $分子よりも強く相互作用することを示しています。 $ \ ce {C-H} $結合は通常、優れた水素結合ドナーとは見なされませんが、$ \ ce {HCN} $は珍しいものです。たとえば、$ \ ce {HCN} $の $ \ mathrm pK_ \ mathrm a $値は9.2 であり、$ \ ce {CN} $グループがは電子吸引性であり、適度に優れた水素（結合）供与体であること。これは、窒素の電気陰性度と、電子対を原子核に近づけるsp混成$ \ ce {CH} $結合の高い「s含有量」が原因である可能性があります。
コメント
- 回答ありがとうございます。 ' $ \ ce {HCN} $のC-Hが優れた水素結合ドナーであることは正しいと思います。その理由として、' $ \ ce {CN-} $の電子吸引能力が高いため、水素が電子的に不足しており、優れたものになっていると思います。電子受容体。 '反応（$ \ ce {CN-} $が形成される場所）について話している場合は、説明をお願いします
- 適度に良いものがあり、水素結合強度と水素供与体のpK $ _a $の間の一般的に受け入れられている（負の）相関
- ' pKaとの強度の間の相関について正しい水素結合。ただし、$ \ ce {HCN} $の極性は、MO理論によって説明されるべきであり、'とにかく生成されない共役塩基の安定化によって説明される可能性は低いと思います。あなたの議論は、塩基の存在下で起こる解離反応の熱力学的安定化に基づいています。ここのコンテナには純粋に$ \ ce {HCN} $があることに注意してください。
- @HuyMO理論の観点から説明したい場合は、おそらくこれらの点（およびあなたの考えと
- '
NH$_3$のようにMathJaxを使用せず、代わりにmhchemパッケージを使用してください。$\ce{NH3}$見た目は問題ないかもしれませんが、他のブラウザでは、特に改行で壊れることがあります。 mhchemについて詳しく知りたい場合は、こちらとこちらをご覧ください。タイトルフィールドでマークアップを使用しないでください。詳細については、こちらを参照してください。
回答
Janの答えを実際にサポートする：本水素結合：理論的展望から以下の点を考慮してください。 p。102。
「さらに、HCNの水素は十分に酸性であるため、分子は効果的なプロトン供与体として機能します。..NH $ _3 $と組み合わせると、HCNはプロトン供与体として機能します。 。 “
これは、HCNのpK $ _a $に関するJanのメモと一致します。
「水素は電子的に不足しており、優れた電子受容体につながる」というあなたのコメントは、水素結合、HCNは本質的によりイオン性であるという証拠があります。
回答
既存の回答に加えて、 HCNの酸性度、HCNもNH 3 よりもかなり大きい分子であることに注意してください。したがって、分子間の相互作用が質的に同一であったとしても、サイズの違い（および結果として生じるより強い分散相互作用;コメントを参照）のみに基づいて、HCNの沸点が高くなることが期待されます。 / p>
説明のために、メチルアミン、CH 3 NH 2 これは、水素の1つがかさばるメチル基で置き換えられていることを除いて、ほとんどの点でアンモニアに似ており、サイズがHCNと同じになっています。沸点は− 6.6 ° Cで、− 33
C for NH 3 。
HCNとCH 3 の沸点の残りの約32Kの差NH 2 は、HCN水素の酸性度が強いこと、つまりNH 3 やCH 3 よりもHCN分子間の水素結合が強いことによって説明されると考えられます。 sub> NH 2 。
コメント
- @Jan確かに、これらの質量は同じですが、沸点がかなり異なります。 。 '良い例ですが、'私が考えていた角度から質問にアプローチすることはできないので、そうでないことを許してください晴れ。 I 'が質量の議論に少し警戒している理由は、次のとおりです。質量の異なる2つの分子を比較するときに、沸点の変化が支配的でないことをどのように保証するか質量の変化ではなく、相互作用のための表面積の付随する変化によって？異なる質量で比較できる分子のペアはありますが、極性は同じで表面積は同じですか？
- @NicolauSakerNeto次に、アンモニアと同じ質量差のジエチルエーテルとd10-ジエチルエーテルを提案します。 HCN。他の特性、特に極性は非常に似ているはずです。
- @NicolauSakerNetoさらに考えてみると、陽子が多いほど電子が多いことを意味するため、学校での質量の議論は陽子の議論にすぎませんでした。 （中性分子で）これは、より良い分極性とより強いファンデルワールス力（またはドイツ国外と呼ばれていると言われているロンドンの相互作用）を意味します。
- 明確にするために：重力引力分子間の距離が小さすぎて、沸点やその他の化学的性質に測定可能な影響を与えることはできません。分子量と沸点の相関関係は、主に分散相互作用の増加によるものです（ファンデルワールス力またはロンドン力の魅力的な部分）。この力は各電子対の間に存在するため、電子が多いほど分散が大きくなります。分子間相互作用に対する同位体置換の効果は、主に振動周波数の変化に由来します。兆候は事前に予測するのは難しいです。
- @JanJensen：Na ï確かに、私は'予想される質量を予想していました分子速度分布を介して貢献することもできます（大きな分子はゆっくりと移動するため、直感的には、解を逃れるのに苦労するはずです）。しかしもちろん、もう少し考えてみると、ここで本当に重要なのは運動エネルギーの分布であり、'は分子量とは無関係です。おかげで、私はここで何かを学びました（または、少なくとも、間違った仮定を学びませんでした）。
