ファンデルワールス力


分子は電気的にはつりあっています。
もともと電気的につりあっている原子どうしが,
電子の出入りなしに(互いに共有し合うだけで)結合しているのですからね。

ところが,ひとつの分子の内部で,電子の偏り(かたより)が生じます

共有電子対になった電子については,

電子は,激しく「動き回っている」ものでしたが,「共有電子対」になってしまうと,
2つの原子核からのクーロン力によって束縛されてしまうので,
電子殻上のどこへでもいける,というわけにはいかなくなり,
「最外殻が重なり合っているあたり」を中心として,動くようになります。 (共有結合

ということでした。図示してみましょう。

電子の偏り  2つの水素原子が共有結合して,水素分子 H2 を作っています。
灰色の部分は,共有電子対となった電子が動きまわれる範囲です。 これも「ロブ」と呼ばれます。断面は円形で,紡錘型をしています。
 1番上の図は,2つの電子が,2つの原子のちょうど中間に いるときです。このときには「偏り」は起こっていません。
 2番めの図では,「ちょうど中間」ではありませんが, どちらかに偏ってはいないですね。
 しかし,3番めでは左側に,4番めでは右側に それぞれ電子が「偏って」しまっています。
 電子は常に動きまわっていますから,確率的に,3番めや4番めの状態, つまり,どちらかに「偏って」存在することが多いと考えられます。そして, この「電子が偏った状態」は瞬間的なもので,次の瞬間には,また違う 「偏り」が生じることになります。

今,ある瞬間に電子が右側に偏っていると考えましょう。
そうすると,右側の水素原子は,原子核のまわりの電子の密度が大きくなります。
その結果,右側の水素原子は,わずかですが−の電気を帯びることになります。
一方,左側の水素原子は,逆に原子核のまわりの電子密度が小さくなります。
その結果,左側の水素原子は,わずかに+の電気を帯びることになります。

こうして,ひとつの水素分子の内部で瞬間的な電子の偏りが起こり,
一方の水素原子がわずかに+に,他方の水素原子がわずかに−に
電気を帯びた状態が(瞬間的に)生じます。

δ+H−Hδ-

δ+(デルタプラス)・δ−(デルタマイナス)は,わずかに+・わずかに−の
電気を帯びている,という意味の記号です。
水素分子がたくさんあれば,このように,
(瞬間的に)分子内でわずかに+−が偏った分子があちこちにあるわけですから,
分子相互の間に,わずかですが,(瞬間的に)クーロン力がはたらきます。

δ+H−Hδ-δ+H−Hδ-δ+H−Hδ-

このようにして,分子間にはたらく(瞬間的な)クーロン力が,
分子どうしを結びつける「力」であり,
これを「ファンデルワールス力」と呼んでいるのです。

こんな「力」ですから,ファンデルワールス力は弱い力であることは,
すぐにわかりますね。


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