CCl4(四塩化炭素)は極性か非極性か？

四塩化炭素はCCl4と表され、炭素分子1個と塩化物分子4個からできています。 四塩化炭素は無極性です。 なぜ四塩化炭素は無極性なのでしょうか？ 分子の双極子モーメントが中心の炭素原子を中心に等間隔に並んでいるため、非極性になります。 つまり、それぞれの効果が打ち消され、分子は中性になるのです。

4つの塩素原子は四面体の四隅に対称的に配置され、それぞれを分子の中心にある炭素原子に一本の結合で結びつけています。 その結果、CCl4は正負の双極子モーメントをもたない。 もし塩素以外の原子が分子内の他の場所に配置されていたら、分子は双極子モーメントを持ち、その結果CCl4は極性を持つことになります。

“We define organic chemistry as the chemistry of carbon compounds.” – August Kekule

四塩化炭素の極性については、これが即答です。 しかし、分子の極性について一般的に話し、四塩化炭素とその性質を調べて、なぜ自然界では無極性なのかを理解することが有益でしょう。

分子が極性を持つとはどういうことか

極性という言葉を聞くと、地球の北極と南極を想像する人が多いでしょう。 この北極と南極は地球の反対側に位置しており、電池にプラス極とマイナス極があるのと同じようなものです。 分子や原子間の結合にも極性があります。 分子を構成する原子が、分子の一方の端に正の電荷を、もう一方の端に負の電荷を与えるように配置されている場合、分子は極性を持つと定義されます。

極性分子は、高い電気陰性度を持つ原子が、弱い電気陰性度を持つ原子と結合または結合すると作られます。 その結果、分子は電気陰性度の高い領域と低い領域、または電気極を持つことになります。 極性分子の最も有名な例は水であり、水が極性であるおかげで、地球上の生命の基礎として機能しています。 非極性分子は、分子の両端に目立った電荷がない。

要するに、互いに打ち消し合わない双極子を持つ分子が極性分子で、原子の電荷が互いに打ち消し合い、分子の片端にももう片端にも電荷がない分子が非極性分子です。

Example Of Polar Molecules

先に述べたように、水は極性分子です。 酸素原子と水素原子の間に存在する結合は、原子の両側、酸素-水素と結合の両側が等間隔になるように分布しています。 その結果、酸素側、つまり分子の上部はわずかに負の電荷を持ち、水素原子、つまり分子の下部はわずかに正の電荷を持つ。

エタノールは、分子内にある酸素原子が他の原子よりも電気陰性度が高いので極性分子となる。 酸素原子はその高い電気陰性度ポテンシャルによってより多くの電子を引き付け、分子内の-OH結合基は、たとえ負の電荷が非常にわずかであっても、全体として負の電荷を持っています。

“生命が宇宙に存在するのは、炭素原子がある特別な特性を持っているためです “とあります。 – James Jeans

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極性分子の他の例には二酸化硫黄 (SO2), 硫化水素 (H2S) とアンモニア (NH3) があります。

分子が極性結合で構成されていてまだ非極性があることがありますので注意が必要です。 たとえば、二酸化炭素は 4 つの結合を持ちますが、分子の双極子モーメントが互いに中和されるため、分子は非極性です。

Examples Of Nonpolar Molecules

非極性分子の例として窒素、メタン、オゾン、酸素などが挙げられます。 これらは同族核分子、つまり1つの元素の原子だけで構成される分子である。 同核でない非極性分子には、前出の二酸化炭素やメタンなどがある。 また、トルエンやガソリンも非極性物質の一例です。 炭素化合物は原則として非極性であるが、一酸化炭素のような例外もある。 一酸化炭素は直鎖状であるため、通常は非極性分子となりますが、酸素分子と炭素分子の電気陰性度の差が大きく、分子は極性を持ちます。 アルキンは水に溶けないので、非極性分子とみなされます。

分子の極性を予測する

分子内の原子の電気陰性度の値を調べることで、その分子が極性か非極性かを判断することができる。 電気陰性度の差が大きいと、分子内の原子間で電子が均等に共有されていることを意味する。 電子はある原子に近く、別の原子に近いので、分子のその領域は極性になりますが、分子全体の極性を決定するには、すべての結合を考慮しなければなりません。

分子の極性または非極性の決定要因は、その幾何学的形状です。 分子の一端が負の電荷を持ち、もう一端が正の電荷を持つ場合、その分子は極性を持つことになる。 しかし、電荷が均等に分布し、中心原子の周りを回っている場合、その分子はおそらく無極性であろう。 このことを利用して、分子が極性か非極性かを予測することができる。 すべての分子が双極子モーメントを持っているわけではないので、分子の極性を予測するのは少し難しくなります。 たとえば、幾何学的な平面上で反転や鏡面化ができる分子は、双極子モーメントを持ちません。

四塩化炭素

四塩化炭素は、1800年代半ばにフランスの化学者 Henri Victor Regnault によって初めて発見されました。 この化学物質は、塩素とクロロホルムの組み合わせによって発見されました。 にもかかわらず、現在では四塩化炭素は主にメタンから得られている。 四塩化炭素の製造は、塩素化反応の副生成物を利用して化合物を得る方法が多く用いられている。 クロロホルムやジクロロメタンなどの副生成物がこれにあたる。 四塩化炭素はかなり揮発性が高く、ドライクリーニングの薬品に似た匂いを放つ。 四塩化炭素は溶媒でもあるので、油脂などの非極性物質の溶解に有用です。

四塩化炭素にはさまざまな用途があり、洗浄剤、冷媒、消火器などに使用されてきました。 四塩化炭素は溶岩ランプの作成によく使われ、蝋を重くする。

“…The carbon molecule is lined with thought?”（炭素分子は思考で裏打ちされているのだろうか？ – Saul Bellow

四塩化炭素の環境への影響から、その生産量は1980年代以降急減している。 モントリオール議定書によってフロン類の生産が制限され、四塩化炭素はフロン類を作るための重要な原料であるため、その結果、四塩化炭素の生産量は激減したのです。 また、四塩化炭素の健康への悪影響から生産量が減少し、かつては溶剤として広く使用されていたが、現在ではほとんど使用されていない。

四塩化炭素は肝臓への毒性が非常に強く、他の肝障害物質と四塩化炭素の毒性はよく比較される。 高濃度の四塩化炭素は肝臓を損傷するだけでなく、腎臓も損傷することがある。 四塩化炭素に長時間さらされると、昏睡状態に陥ったり、死に至ることもある。 5499>

なぜ四塩化炭素は極性なのか

分子を極性にするものを見て、極性分子のいくつかの例を見て、四塩化炭素が非極性分子である理由をより理解することができました。 ある分子が極性か非極性かを判断する際に最初に行うべきことは、分子内の原子の電気陰性度の値を計算することです。 2つの原子間の結合の極性を把握する必要があり、分子の極性を判断しようとするときには、すべての結合を考慮しなければならない。 しかし、四塩化炭素の場合、塩化物と炭素の電気陰性度の違いだけが考慮しなければならない要素ではない。 分子の形状も考慮しなければならない。 分子内には双極子が存在するが、四塩化炭素は直線的な形状をしているため、分子内の異なる双極子モーメントの影響は互いに打ち消し合い、結果として分子は中性または無極性になる。