92回薬剤師国家試験問16 CH3(CH2)3CH3と(CH3)4Cの沸点の比較等

第92回薬剤師国家試験 問16
次の沸点及び融点に関する記述の正誤を判定してみよう。

 

a CH3CH2OHが異性体のCH3OCH3よりも沸点が高いのは、分子間水素結合に起因する。

 

b CH3(CH2)3CH3が異性体の(CH3)4Cよりも沸点が高いのは、ファンデルワールス力に起因する。

 

c 硫黄(イオウ)原子は酸素原子より電気陰性度が大きいため、H2SはH2Oより沸点が高い。

 

d o−ニトロフェノールは分子内水素結合を形成し、p−ニトロフェノールは分子間水素結合による会合体を形成するため、o−ニトロフェノールの方が融点は高い。

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第92回薬剤師国家試験 問16 解答解説
a 〇 CH3CH2OHが異性体のCH3OCH3よりも沸点が高いのは水素結合に起因する。

 

水素結合とは、電気陰性度の大きな原子と結合することで比較的大きく正に分極した水素(Hδ+)と、非共有電子対を持つN,O,S,ハロゲン等の原子との間で形成される双極子‐双極子相互作用の1種である。
CH3CH2OH(エタノール)には−OH基があるため、エタノール分子同士で−OH…:Oの水素結合を形成する。
一方、CH3OCH3(ジメチルエーテル)は、ジメチルエーテル分子同士で水素結合を形成しない。
このことから、同じ分子量のエタノールとジメチルエーテルについて、水素結合を形成するエタノールの方が沸点は高い。

 

常温常圧での沸点は、
エタノールが約78℃、
ジメチルエーテルが約−24℃である。

 

★参考外部サイトリンク
水素結合(理系ラボさん)

 

 

◆ bについて
b 〇 CH3(CH2)3CH3 が異性体の(CH3)4C よりも沸点が高いのはファンデルワールス力に起因する。

 

ファンデルワールス力は分子同士の接触面積が広いほど強く働く。構造が直鎖状であれば分子同士が重なり合いやすく接触面積が大きいので分子間のファンデルワールス力が相対的に強くなるが、構造が枝分かれする分枝状だと分子同士が重なりにくく接触面積が小さいので分子間のファンデルワールス力が相対的に弱くなる。
よって、直鎖状のCH3(CH2)3CH3 (ペンタン)は分枝状の(CH3)4C(2,2−ジメチルプロパン)よりもファンデルワールス力が強く働くため、沸点が高い。

 

92回薬剤師国家試験問16 CH3(CH2)3CH3と(CH3)4Cの沸点等

 

なお、常温常圧での沸点は、
ペンタンが約36℃、
2,2−ジメチルプロパンが約10℃である。

 

 

◆ cについて
c × 硫黄(イオウ)原子は酸素原子より電気陰性度が大きいため、H2SはH2Oより沸点が高い。
→ 〇 酸素原子は硫黄原子より電気陰性度が大きいため、H2OはH2Sより沸点が高い。

 

詳細は下記のリンク先を参照
水素結合と電気陰性度 100回問91の1

 

 

★参考外部サイトリンク
水素結合(理系ラボさん)

 

 

◆ dについて
d × o−ニトロフェノールは分子内水素結合を形成し、p−ニトロフェノールは分子間水素結合による会合体を形成するため、o−ニトロフェノールの方が融点は高い。

 

o−ニトロフェノールは分子内のOHとNO2が近いことから、これらが分子内で水素結合を作るため、分子間の水素結合を形成しにくくなる。

 

一方、p−ニトロフェノールでは、分子内のOHとNO2は離れていることから、分子内水素結合を形成しない。

 

92回薬剤師国家試験問16 CH3(CH2)3CH3と(CH3)4Cの沸点等

 

 

92回薬剤師国家試験問16 CH3(CH2)3CH3と(CH3)4Cの沸点等

 

よって、p−ニトロフェノールはo−ニトロフェノールよりも分子間水素結合を形成しやすいため、融点・沸点は高い。

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